Development of green natural rubber composites : Effect of nitrile rubber, fiber surface treatment and carbon black on properties of pineapple leaf fiber reinforced natural rubber composites

par Nuttapong Hariwongsanupab

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Karine Mougin et de Taweechai Amornsakchai.

Soutenue le 05-05-2017

à Mulhouse en cotutelle avec Mahidol University (Bangkok, Thaïlande) , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) , en partenariat avec Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (laboratoire) et de Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Développement de matériaux composites « verts » à base de caoutchouc naturel : Effet du caoutchouc nitrile, du traitement de surface des fibres et du noir de carbone sur les propriétés des composites à base de caoutchouc naturel renforcé par des fibres de feuilles d'ananas


  • Résumé

    Les effets du caoutchouc nitrile (NBR), du traitement de la surface des fibres et du noir de carbone sur les propriétés des composites à base de caoutchouc naturel renforcé par des fibres d'ananas (NR / PALF) ont été étudiés. L'incorporation de NBR et le traitement de surface de la fibre ont été utilisés pour améliorer les propriétés mécaniques des composites à faible déformation, alors que le noir de carbone a été utilisé pour améliorer ces propriétés à forte déformation. La teneur en fibres a été fixée à 10 phr. Les matériaux composites ont été préparés à l'aide d'un mélangeur à cylindres et ont été réticulés sous presse permettant ainsi le maintien de l'orientation des fibres. Ces composites ont été caractérisés à l’aide du rhéomètre à matrice mobile (MDR), par analyse thermique mécanique dynamique (DMTA) et par tests de traction. La morphologie après fracture cryogénique a été observée à l'aide de la microscopie électronique à balayage (MEB). L'effet du NBR dont la teneur varie de 0 à 20 phr par rapport à la teneur totale en caoutchouc, a été également étudié. Le NBR est utilisé afin d’encapsuler totalement les fibres d’ananas (PALF) ; ceci conduisant à un meilleur transfert de contraintes entre la matrice et les fibres. La méthode de mélange a également été étudiée. Plusieurs types de silanes tels que le propylsilane, l'allylsilane et le silane-69 ont été utilisés pour traiter les fibres pré-nettoyées à l’aide d’un traitement alcalin. Les fibres silanisées ont été caractérisées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), par spectroscopie de photoélectrons aux rayons X (XPS) et par MEB. Le traitement de la fibre par le silane-69 a permis d’augmenter fortement le module du matériau composite à faible déformation. Ce traitement a été plus efficace que l'incorporation de NBR dans les composites NR / PALF. Ceci peut s’expliquer par une possible réticulation chimique entre le caoutchouc et la fibre traitée au silane-69 plutôt qu’une simple interaction physique du NR, du NBR et de la fibre. Cependant, le renforcement par fibre réduit la déformation à la rupture. Par conséquent, du noir de carbone a également été incorporé dans les composites NR/NBR/PALF et NR/ PALF traitée, afin d’améliorer leurs propriétés ultimes. En incorporant du noir de carbone à un taux de 30 phr dans les deux composites, les propriétés mécaniques des composites ont été améliorées et peuvent être contrôlées à la fois à des déformations faibles et hautes.


  • Résumé

    The effects of nitrile rubber (NBR), fiber surface treatment and carbon black on properties of pineapple leaf fiber-reinforced natural rubber composites (NR/PALF) were studied. The incorporation of NBR and surface treatment of fiber were used to improve the mechanical properties of composites at low deformation, whereas carbon black was used to improve these properties at high deformation. The fiber content was fixed at 10 phr. The composites were prepared using two-roll mill and were cured using compression moulding with keeping the fiber orientation. These composites were characterized using moving die rheometer (MDR), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and tensile testing. The morphology after cryogenic fracture was observed using scanning electron microscopy (SEM). The effect of NBR from 0 to 20 phr of total rubber content was investigated. NBR is proposed to encase PALF leading to higher stress transfer between matrix and PALF. The method of mixing was also studied. For the fiber surface treatment, propylsilane, allylsilane and silane-69 were treated on the alkali-treated fiber. Treated fibers were characterized using Fourier-Transform infrared spectroscopy (FTIR), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and SEM. Silane-69 treatment of fiber increased the modulus at low deformation more than the incorporation of NBR of NR/PALF composites due to the chemical crosslinking between rubber and fiber from silane-69 treatment rather than the physical interaction of NR, NBR and fiber. However, reinforcement by fiber reduced the deformation at break. Hence, carbon black was also incorporated into NR/NBR/PALF and NR/surface-treated PALF composites to improve the ultimate properties. By incorporation of carbon black 30 phr in both composites, the mechanical properties of composites were improved and can be controlled at both low and high deformations.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2017 par Université de Haute Alsace [diffusion/distribution] à Mulhouse

Development of green natural rubber composites : Effect of nitrile rubber, fiber surface treatment and carbon black on properties of pineapple leaf fiber reinforced natural rubber composites


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2017 par Université de Haute Alsace [diffusion/distribution] à Mulhouse

Informations

  • Sous le titre : Development of green natural rubber composites : Effect of nitrile rubber, fiber surface treatment and carbon black on properties of pineapple leaf fiber reinforced natural rubber composites
  • Détails : 1 vol. (197 p.)
  • Notes : Thèse soutenue en co-tutelle.
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