Etude de mélanges ternaires epoxyde/PMMA/montmorillonite : élaboration, contrôle de la morphologie et des propriétés

par Marcelo Hernandez Avila

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Henry Sautereau et de Jannick Duchet-Rumeau.

Soutenue en 2007

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Des nanocomposites ternaires composés de PMMA/époxyde/argile ont été mis en oeuvre en combinant le phénomène de la séparation de phase du thermoplastique Poly (méthyle méthacrylate) en présence de l'argile Cloisite 30B dans une matrice thermodure époxyde-amine. Deux méthodologies ont été utilisées pour disperser l'argile : le procédé par mélange miscible et le procédé sonde à ultrasons en milieu solvanté. Les analyses par microscopie électronique à transmission (TEM) mettent en évidence la séparation de phase entre le PMMA et la matrice thermodure en révélant une morphologie nodulaire pour les deux méthodologies. Les particules d'argile ont été dispersées finement dans la matrice lorsque la sonde à ultrasons est utilisée, tandis que des agrégats d'argile avec des tailles micrométriques sont obtenus avec la méthodologie mélange miscible. Le suivi d'exfoliation a été étudié en utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) sur les sytèmes polymérisés et en cours de réaction. Pour les systèmes polymérisés une exfoliation des feluillets peut avoir lieu lorsque les agrégats ou même les agglomérats sont réduits sous la forme de petites particules composées de trois ou cinq feuillets. Pour les études in-situ de SAXS la distribution d'épaisseurs des entités diffusantes et l'évolution de cette distribution avec le temps de réaction ont été modélisées et quantifiées. L'effet de l'addition du thermoplatique et de l'argile accélère la réaction à cause de l'effet catalytique. La réactivité des différents systèmes a été étudiée et un modèle cinétique a été développé pour le système ternaire, à l'aide de l'étude préalable des systèmes binaires. Les propriétés mécaniques des différents composites ont été évaluées et discutées à l'aide de faciès des fractures obtenus par microscopie électronique à balayage. Il a été montré que la meilleure dispersion de particules d'argile ne conduit pas à la meilleure résistance à la propagation des fissures.

  • Titre traduit

    = Study of ternary blends: epoxy/PMMAJMontmorillonite : Elaboration, control of both the morph ology and properties


  • Résumé

    PMMA-epoxy-clay ternary composites have been prepared combining the polymerization induced phase separation phenomenon with two dispersion processing methods: a melt-blending and an ultrasonic-blending with solvent. Transmission electron microscopy (TEM) analysis shows that phase separation between PMMA and epoxy network was obtained as spherical nodules in both processing methods. Organoclay particles were finely dispersed into thermosetting network and predominantly delaminated in ultrasonic-blending, whereas organoclays formed micrometer-sized aggregates in melt-blending. Exfoliation state has been investigated using Small Angle X-Ray scattering (SAXS) in cured systems and during reaction. For reacted systems, an exfoliation of platelets can occur through the de-aggregation of large agglomerates into smaller particles composed of a few platelets. For in-situ SAXS studies, the distribution of the thicknesses of diffusing entities and the evolution of this distribution with reaction time were followed. This technique has showed also that movements at a nanometer scale of clay tactoids are possible even after the gel point. The effect of thermoplastic PMMA and clay Cloisite 30B addition on the cure kinetics of an epoxy/amine thermosetting system was investigated using differential scanning calorimetry (DSC). It appeared that the addition of PMMA slow down the reaction up to the phase separation due to a dilution effect of the reactive species. In opposition, the presence of clay accelerates the reaction (probably due to a catalytic effect of some metal ions introduced with the clay) but it has no sensitive effect on the cloud point conversion in the presence of PMMA. The reactivity of different systems has been studied and one kinetic model has been developed for the ternary system with help of previous studies with binary systems. The mechanics properties of different composites have been evaluated and discussed with help of fracture surfaces obtained by scanning electron microscopy. It was showed that the best dispersion of surfaces of clay did not give the best resistance to fracture critical initiation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (151 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin de chaque chapitre

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3211)
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