Dynamique, déformations locales et irréversibilités dans des élastomères renforcés par du noir de carbone

par Stéphane Dupres

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Paul Sotta.


  • Résumé

    Les élastomères renforcés sont des matériaux nanocomposites constitués d'une matrice élastomère renforcée par des particules minérales ou agrégats nanométriques. Un des intérêts majeurs de ces systèmes est leurs propriétés mécaniques remarquables, tant du point de vue industriel que fondamental : renforcement, comportement non-linéaire, irréversibilité, très grande résistance à la rupture et au déchirement. Les élastomères renforcés d'intérêt pratique contiennent très souvent des agrégats de noir de carbone présentant une structure plus ou moins e��talée et ténue. Nous présentons quelques résultats expérimentaux apportant des explications sur les processus microscopiques responsables du comportement mécanique de ces systèmes. En corrélant des expériences de RMN du deutérium et des mesures de force à forte élongation, nous montrons que l'énergie élastique stockée dans le système à l'échelle des chaînes polymères dépend essentiellement de la structure des agrégats de noir de carbone. La plasticité est un aspect important du comportement des élastomères renforcés. Son origine demeure controversée et suscite un vif intérêt de la part des industriels. Elle peut être interprété en lien avec deux phénomènes majeurs pouvant conduire à des irréversibilités à l'échelle microscopique : la présence d'une couche rigide de polymères au voisinage immédiat des particules renforçantes et/ou des déformations non affines du réseau de particules solides/agrégats, à une échelle qui reste à définir. La diffusion des rayons X aux très petits angles nous a permis de mettre en évidence ces déformations non affines sous l'effet de fortes contraintes à l'échelle des agrégats de noir de carbone.

  • Titre traduit

    Dynamic, local deformations and irreversibilities in reinforced carbon black rubbers


  • Résumé

    Reinforced elastomers are nanocomposite materials made of an elastomer matrix filled with nanometric inorganic particles or aggregates. Great interest is focussed at the moment on their remarkable mechanical properties, on both the industrial and fundamental sides: reinforcement, non-linear behaviour, irreversibility, outstanding resistance to tear and abrasion. Filled rubbers of practical interest are most often reinforced with carbon black aggregates, which exhibit fractal structures with various morphologies. We shall present some experimental results which give some insight into the microscopic processes which are responsible for the mechanical behaviour of these systems. By correlating deuterium NMR and stress measurements at large draw ratio, we show that the elastic energy stored in the system at the scale of polymer chains depends essentially on the carbon black morphology. Plasticity is an important aspect of the behaviour of reinforced elastomers. This is a challenge in industrial applications as well. It may be related to two phenomena that can lead to microscopic irreversibility : the presence of a rigid polymer layer in the vicinity of filler particles, and/or non-affine deformation of the network of solid particles/aggregates, at a scale that remains to be defined. SAXS allowed us to prove the existence of non affine deformations at the scale of the CB aggregates under large draw ratios.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (241 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 217-230

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)276
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