Mélanges de polyoléfines : Influence des procédés de mise en oeuvre et de flammage sur leurs propriétés rhéologiques et mécaniques ainsi que sur leur aptitude à la mise en peinture

Blends of polyolefins : Influence of processing and flame treatment on their rheological and mechanical properties, as well as their paintability

• Auteur / Autrice : Camille Jossé
• Direction : Philippe Cassagnau, Valérie Massardier-Nageotte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 03/05/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) - Ingénierie des Matériaux Polymères - Site INSA Lyon / IMP
• Jury : Président / Présidente : Abderrahim Maazouz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Cassagnau, Valérie Massardier-Nageotte, Abderrahim Maazouz, Cyrille Sollogoub, Bruno Vergnes, Olivier Lhost, Frédéric Viot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyrille Sollogoub, Bruno Vergnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Peinture industrielle

Matières plastiques -- Revêtements protecteurs

Polymères -- Rhéologie

Polyoléfines

Polypropylène

Mots clés libres

Polyoléfine

Polypropylène

Extrusion

Rhéologie

Fluidité

Viscosité

Relation structure propriétés

Peinture

Flammage

Polyolefin

Polypropylene

Extrusion

Rheology

Fluidity

Viscosity piezo

Structure and properties relationship

Paint

Flame treatment

Résumé

Les pièces peintes de pièces extérieures automobiles doivent être réalisées en matériaux respectueux de l’environnement qui combinent à la fois fluidité, propriétés mécaniques et aspect visuel. Dans ce contexte, un polypropylène homopolymère conventionnel (PP) a été extrudé et mélangé de manière homogène avec un PP extrêmement fluide, contenant des espèces réactives dans le but d’augmenter la fluidité du mélange final. Ce procédé réactif a ensuite été appliqué à une formulation commerciale automobile de « PP choc » contenant un copolymère d’Ethylène Propylène Rubber (EPR). Une étude rhéologique a permis de modéliser l’évolution de la viscosité en fonction de la composition du mélange. Néanmoins, l’augmentation de la fluidité s’accompagne d’une diminution de la résistance au choc. De manière à faire face à la perte de propriétés mécaniques, l’utilisation d’élastomères thermoplastiques spécifiques a permis d‘augmenter la résilience au choc et l’allongement à la rupture tout en obtenant une fluidité quatre fois supérieure à celle du matériau original. Les aspects rhéologiques, thermomécaniques et morphologiques ont été soigneusement étudiés afin d’établir des relations entre la structure et les propriétés. Dans un second temps, une étude de la mise en peinture des pièces en polyoléfines injectées a été réalisée. Comme la nature hydrophobe du polypropylène ne permet pas une bonne adhésion du revêtement sur sa surface, son activation par flammage est requise. Les effets de différents paramètres (comme la vitesse, la hauteur ou le rapport air-gaz de la flamme) sont étudiés en termes de mouillabilité et d’adhésion du feuil de peinture. Ensuite, des essais aux échelles laboratoires et industrielles ont révélé un défaut du système peint lorsque le polymère possède une quantité importante de talc. L’impact de cette charge sur les propriétés rhéologiques, thermiques et mécaniques du matériau a été étudié. Il a été observé que le cisaillement sur une formulation dont la matrice polymère n’a pas d’affinité particulière avec la surface du talc est responsable d’un délaminage dans le substrat. Pour améliorer l’interface talc-matrice, l’ajout de copolymères fonctionnalisés d’anhydride maléique a permis d’augmenter le niveau d’interactions. Cet effet a été mis en évidence grâce à l’étude des propriétés rhéologiques et mécaniques du système.

Automotive painted exterior car parts have to be made of eco-friendly materials combining fluidity, mechanical properties and visual aspects. In this context, a conventional polypropylene (PP) homopolymer has been extruded and homogeneously blended with an extremely high flow PP, containing reactive species to increase the fluidity of the resulting material. The reactive process was then applied to an automotive high impact PP/Ethylene Propylene Rubber (EPR) formulation and rheological studies allowed us to model the evolution of viscosity as a function of the blend composition. Nevertheless, the increase of fluidity induces a lack of impact resistance. In order to cope with the loss of mechanical properties, the use of a specific thermoplastic elastomers allowed to successfully emphasize impact resilience and strain at break while reaching a viscosity four times lower than the one of the original material. Rheological, thermomechanical and morphological aspects were examined carefully to establish structure-properties relationships. In a second time, a study of the painting of automotive car parts, made of injected polyolefins was carried out. As the hydrophobic nature of polypropylene does not allow a good adhesion between the coating and the polymer surface, the surface activation by flame treatment is required. The effects of different parameters (such as speed, height or air to fuel ratio of the flame) were studied in terms of wettability and coating adhesion. Then, lab-scale as well as pre-industrial experiments revealed defaults of the painted systems when the polymer was highly filled with talc. Then, the impact of the filler on the rheological, thermal and mechanical properties was studied. It was observed that the effects of shear on a formulation where the polymer matrix has no particular physical affinity with the talc surface are responsible of delamination. To enhance the talc-matrix interface, the addition of maleated copolymers pointed out that maleated copolymers increase the level of interactions and lead to a more homogeneous behavior, as revealed by studying both rheological and mechanical properties.