Relations structure-propriétés mécaniques de fibres de polyamide 6 renforcées de nanoparticules organiques ou minérales

= Studies of Structure – Mechanical Property Relationships of Nylon 6 Fibres Filled with Organic and Mineral Nano-particules

• Auteur / Autrice : Cécile Ibanès
• Direction : Roland Séguéla, Laurent David
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Molécules

Structure cristalline (solides)

Nanocomposites

Bentonite

Polyamides

Résumé

Les fibres polyamide ont de nombreuses applications en relation avec leurs bonnes propriétés mécaniques. Une voie d’amélioration de ces propriétés est l’ajout de nanocharges qui sont ici de deux types: soit organiques, sous forme de molécules hyperbranchées de terminaisons –NH2, soit inorganiques, sous forme de plaquettes naturelles de montmorillonite ou de plaquettes synthétiques. Les propriétés mécaniques, étudiées par des essais de traction, montrent que les charges organiques augmentent notablement le module élastique. Les fibres de polyamide sont filées à partir de l’état fondu puis étirées à l’état solide. Elles présentent une morphologie qualifiée de fibrillaire. Les structures cristallines et fibrillaires sont caractérisées par diffusion et diffraction des rayons X. L’ajout de nanocharges modifie ces structures au filage. Les essais de diffusion - diffraction X in-situ réalisés à l’ESRF, montrent les différents modes de déformation des fibrilles. Une modélisation mécanique simple a permis de calculer les modules élastiques de la phase amorphe interfibrillaire, et intrafibrillaire. Les modules de la phase intrafibrillaire ne dépendent que du taux d’étirage, par contre, les modules de la phase interfibrillaire augmentent en présence des charges hyperbranchées. Etant données leurs tailles, les nanocharges sont rejetées dans la phase interfibrillaire et ont soit un rôle de nœud de réticulation physique pour les charges organiques hyperbranchées, soit modifient l’enchevêtrement des chaînes pour les charges minérales.

In this study, polymeric multifunctional systems of polyamide nature or mineral nanofillers (MMT) are added to PA6 to improve the mechanical properties of spun - drawn fibers. Stiffness is notably increased at equivalent residual strain at break for PA6 filled with highly branched molecules. X-ray scattering study of the structure changes brought about by the particles is reported in comparison with neat PA6 yarns, together with an in situ investigation of the structural changes involved by drawing. From the size of the particles and the well-known fibrillar structure of polyamide fibers, it is concluded that the particles are occluded in the inter-fibrillar amorphous phase. Globular particules should thus play the role of interfibrillar anchoring points thanks to the hydrogen bonds that can be established between neighbouring microfibrils. Mineral fillers reduce overlapping the PA6 coils in the MMT-PA6 spun fibers and display a lower entanglement density.