Caractérisation in-situ des mécanismes de dispersion de la silice dans une matrice élastomère soumise à un cisaillement

par Céline Roux

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Patrick Navard.

Soutenue en 2008

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Nous avons identifié, à l'aide d'un dispositif rhéo-optique contra-rotatif, les mécanismes de dispersion d'agglomérats de silice de précipitation (Z1115MP et Z1165MP) immergés dans une matrice visco-élastique (SBR 25E) soumise à un cisaillement et déterminé les paramètres clés qui jouent un rôle dans le processus de dispersion. Les effets de la nature de la silice, du greffage des agglomérats par un agent de recouvrement silane, de leur infiltration par les chaînes polymères et de la concentration en charges sur les critères et mécanismes de dispersion ont été étudiés. Les principaux résultats sont : - La silice Z1165MP se disperse via un mécanisme de rupture et la silice Z1115MP via un mécanisme de désintégration. Ces deux mécanismes interviennent à partir d'une contrainte hydrodynamique critique. La silice Z1165MP est plus difficile à disperser que la silice Z1115MP. Les différences de mécanismes et de critères critiques de dispersion sont discutées en terme d’organisation structurelle des silices. - Le greffage de la silice Z1115MP par un agent de recouvrement ne modifie pas le mécanisme observé mais réduit considérablement la cohésion des agglomérats et donc les contraintes hydrodynamiques critiques pour leur désintégration. - Lorsque les agglomérats de silice Z1115MP sont intégralement infiltrés par la matrice élastomère, un nouveau mécanisme de dispersion est observé: le délitement. Il intervient à partir d'une contrainte hydrodynamique critique, directement proportionnelle au rayon des agglomérats. - En milieu concentré, les deux types de silice se dispersent par des arrachements successifs de fragments induits par les collisions. Dans les mêmes conditions hydrodynamiques, la cinétique de dispersion d'un agglomérat de silice Z1165MP est cinq fois plus lente qu'un agglomérat de silice Z1115MP de même taille. Tous ces résultats apportent des informations pertinentes sur les effets de différents paramètres sur les mécanismes de dispersion de la silice lors du procédé industriel de mélangeage.

  • Titre traduit

    In-situ characterization of the dispersion of silica in an elastomer matrix submitted to shear


  • Résumé

    We identified, using a rheo-optical counter-rotating device, the dispersion mechanisms of precipitated silica agglomerates (Z1115MP and Z1165MP) immersed in a visco-elastic matrix (SBR 25E) submitted to shear and determined the key parameters affecting the dispersion process. The effects of the silica type, the agglomerate grafting with a silane covering agent, their infiltration by polymer chains and the filler concentration on the mechanisms and criteria of dispersion were studied. The main results are : - Z1165MP agglomerates disperse via a rupture mechanism and Z1115MP agglomerates via a disintegration mechanism. Both mechanisms occur at a critical hydrodynamic stress. Z1165MP is more difficult to disperse than Z1115MP. The differences in mechanisms and criteria of dispersion are discussed in terms of structural organization of silica. - The grafting of Z1115MP agglomerates with a covering agent does not modify the dispersion mechanism but decreases considerably the agglomerate cohesion thus reducing the critical stress for disintegration. - When Z1115MP agglomerates are fully infiltrated by the elastomer matrix, a new dispersion mechanism is observed: dislocation. It occurs at a critical hydrodynamic stress which is directly proportional to the agglomerate radius. - In a concentrated medium, both silica types disperse via successive removals of fragments induced by collision. In similar hydrodynamic conditions, the dispersion kinetics of a Z1165MP agglomerate are five times slower than for a same size Z1115MP agglomerate. All those results bring essential information on the effects of different parameters on dispersion mechanisms of silica during the industrial mixing process.

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