Développement et mise en oeuvre de structures textiles multifonctionnelles contenant des nanotubes de carbone : application aux capteurs chimiques pour la détection de solvants

Development and processing of multifunctional textile structures containing carbon nanotubes- : application to chemical sensors for solvent detection

• Auteur / Autrice : Carole Aubry
• Direction : Éric Devaux, Christine Campagne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nano Technologies, Acoustique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 01/12/2009
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Textiles intelligents

Acide polylactique

Conduction électrique

Détecteurs de produits chimiques

Composites polymères

Nanotubes

Polycarbonates

Polyéthylène térephtalate

Matières plastiques -- Extrusion

Mots clés libres

Filage par voie fondue

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet européen Inteltex dont l’objectif est l’élaboration de nouvelles structures textiles pour la détection de solvants. L’utilisation de CPC (Composite Polymère Conducteur), composé d’une matrice polymère isolante et de charges conductrices d’électricité, permet de détecter la présence de solvant du polymère par son gonflement entraînant une déconnexion du réseau conducteur et une chute de la conductivité électrique. L’utilisation de nanotubes de carbone (NTC) en tant que charge conductrice, permet d’incorporer une faible quantité de charges pour une conductivité électrique recommandée pour la détection (10-3 S/m). Les matrices polymères, sensibles aux solvants et possédant un caractère filable, sont le polycarbonate (PC), le polylactide (PLA) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Le seuil de percolation des NTC dans les monofilaments issus de l’extrusion de 1,5 mm de diamètre est déterminé entre 1,5 et 2 % en masse. La transformation de ces composites en fil multifilamentaire par filage en voie fondue montre une chute de la conductivité des filaments avec l’étirage. Un filament de PLA contenant au moins 4 % de NTC et de diamètre minimal de 80 µm permet de conserver les propriétés électriques. Le filage de cette fibre nécessite l’introduction d’un plastifiant afin d’améliorer la filabilité du mélange. Les propriétés électriques, thermiques, mécaniques, morphologiques et la fluidité des filaments sont étudiées en fonction du procédé de transformation et de leur composition. Des filaments proches du seuil de percolation et incorporés dans une structure tissée, montrent une sensibilité à l’humidité, à l’éthanol et au toluène.

This work is performed through the European project Inteltex. The aim is to develop new textile structures for the solvent detection. The use of CPC (Conductive Polymer Composite) composed of an insulating polymer matrix and conductive fillers, allows to detect the solvent presence by the swelling of the polymer that induces the conductive network deconnexion and the decrease of the electrical conductivity. The use of carbon nanotubes (CNT) as conductive fillers is a biggest advantage because only a low content is necessary to achieve the appropriate electrical conductivity for sensing (10-3 S/m). The different sensitive and spinnable matrices are polycarbonate (PC), polylactide (PLA) and polyethylene terephthalate (PET). The percolation threshold of CNT in 1.5 mm diameter monofilament, produced by extrusion, is determined between 1.5 and 2 wt.% of CNT. The elaboration of multifilament yarns by melt spinning process show a decrease of the conductivity with the drawing effect. In order to maintain the electrical properties, PLA fibers containing at least 4 % of CNT and having a minimum diameter of 80 µm have to be produced. In this way it is necessary to introduce a plasticizer to improve the composites spinnability. The electrical, thermal, mechanical, morphological properties and fluidity of filaments were studied depending on the processing conditions and their composition. Composite fibers, close the percolation threshold, show sensitivity to humidity, ethanol and toluene.