Élaboration de polymères nanocomposites transparents : relations structure/propriétés

Preparation of polycarbonate transparent nanocomposites : structure/properties relationships

• Auteur / Autrice : Virginie Boucher
• Direction : Serge Bourbigot, Sophie Duquesne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 09/12/2008
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verre optique

Relaxation, Phénomènes de

Dynamique moléculaire

Polymères -- Détérioration

Solides -- Dilatation

Nanoparticules

Matières plastiques renforcées

Propriétés mécaniques

Polycarbonates

Mots clés libres

Transparence

Charges minérales

Résumé

L'objet de cette étude est l'élaboration de matériaux polymères nanocomposites transparents à matrice polycarbonate, pour des applications dans des domaines tels que la lunetterie ou le vitrage automobile. L'incorporation de nanoparticules au sein du polycarbonate a été envisagée afin de lui conférer certaines propriétés mécaniques telles qu'une plus grande rigidité, une meilleure stabilité dimensionnelle, une résistance à la rayure plus importante, tout en conservant sa transparence. Le maintien de la transparence du matériau passe d'une part par l'utilisation de particules nanométriques présentant un indice de réfraction proche de celui de la matrice et d'autre part par une trés bonne dispersion de ces particules au sein de la matrice polymère. Ainsi différents types de nanoparticules minérales ont d'abord été sélectionnés puis incorporés dans la matrice polycarbonate. L'évaluation des performances de ces nanocomposites en termes de transparence et de propriétés mécaniques a non seulement permis d'affiner la sélection des charges, mais aussi mis en évidence la difficulté de limiter la dégradation de la matrice polycarbonate en présence des nanocharges. Afin d'optimiser les performances des matériaux considérés, une étude approfondie des mécanismes de dégradation de la matrice polycarbonate a été réalisée, et des modifications du procédé d'élaboration ont été envisagées afin de limiter la dégradation de la matrice au cours de l'élaboration des nanocomposites. Enfin, dans le cadre d'une réflexion plus générale sur les mécanismes de renforcement des nanocomposites, une étude a mis en évidence les relations structure/propriétés existant au sein des matériaux élaborés, soulignant l'influence des nanoparticules sur la mobilité moléculaire de la matrice polycarbonate.

This study deals with the preparation of transparent polycarbonate nanocomposites for industrial applications such as optical lenses or automotive glazing. Incorporating nanoparticles to polycarbonate matrix aimed to improve some of its properties such as stiffness, dimensional stability, or scratch resistance, while maintaining intrinsic properties such as its transparency. Polycarbonate nanocomposites transparency depends on one hand on mineral partic/es diameter and refractive index, and on the other hand on the good dispersion of particles in polymer matrix. Therefore, different types of mineral fillers were selected and incorporated in polycarbonate matrix. The evaluation of mechanical and optical properties of these nanocomposites permitted not only to refine particles selection, but also to highlight polycarbonate degradation during compounding with nanofillers. ln order to optimize materials performances, a thorough study of degradation mechanisms was carried out, and the nanocomposites preparation process was modified so as to Iimit polycarbonate degradation in presence of mineral fillers. Lastly, in a more general framework, the reinforcement mechanisms involved in nanocomposite materials were investigated, and showed the existence of correlations between materials structure and properties, and the effect of mineral fi/lers on polycarbonate molecular dynamics.