Evolution des propriétés viscoélastiques d'élastomères chargés soumis à des sollicitations mécaniques dynamiques

Viscoelastic study of cabon black filled elastomer under dynamic mechanical sollicitation

• Auteur / Autrice : Franck Sosson
• Direction : Jean-François Chailan, Alain Crespy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux. Physicochimie des polymères
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université du Sud Toulon-Var. UFR de Sciences et Techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Noir de carbone

Relaxation, Phénomènes de

Viscoélasticité

Élastomères

Résumé

Les noirs de carbone sont incorporés dans des matrices élastomères afin d'ajuster leurs propriétés spécifiques. Cependant, ces matériaux voient leurs propriétés mécaniques évoluer sous sollicitations mécaniques dynamiques : diminution de la raideur, évolutions des propriétés de transmissibilité. Afin de comprendre les origines microstructurales de ces phénomènes, différents noirs de carbone à différentes fractions volumiques ont été utilisés, modulant ainsi les niveaux d'interaction charge-charge et charge-polymère. L'état de dispersion des charges et la fraction volumique d'élastomère fortement lié à la charge ont été caractérisées. L'étude rhéométrique et l'analyse viscoélastique (DMA) nous ont ensuite permis d'affiner la connaissance de la microstructure 6e nos formulations. Un nouveau modèle phénoménologie ne, nommé « percolatiûn-diffusion », a ainsi été proposé. Il permet de rendre compte des modifications microstructurales en fonction du renforcement. Les études du renforcement aux faibles déformations et de l'évolution de l'effet Payne ont montré une équivalence entre la fraction volumique et la structure du noir vis-à-vis de l'effet hydrodynamique. Nous proposons alors un nouveau modèle mathématique basé sur la définition d'un paramètre K, associé à cet effet hydrodynamique. Enfin, des liens entre les propriétés mécaniques mult[fréquences réalisées par DMA et la transmissiblMté mesurée sur pot vibrant ont été établis. L'influence du paramètre K sur les propriétés de transmissibilité et leurs évolutions suivant un protocole bien défini ont également été réalisées. Ceci a permis de montrer que ces évolutions étaient liées à l'effet Payne.

Carbon biacks are often incorporated in elastomer matrix in order to adjust their specific properties. However, evolution of some mechanical properties (dynamic modulus, transmissibility) may be observed under specific dynamic mechanical tests. In order to understand the micro structural origins of those phenomena, different carbon blacks and different volume fractions are used to modulate both filler-filler and filler-matrix interactions. The filler dispersion state and the volume fraction of the tightly bound rubber have been studied. Rtieornetric and viscosimetric (DMA) analysis were then performed in order to describe more precisely material microstructure, and to propose a new phenomenological model, named "percolation-diffusion", which shows microstnictural modifications against reinforcement. The mechanical studies at small deformation and the Payne effect evolutions have both exhibited that carbon black loading and carbon black structure have the same impact on hydrodynamic effect. A new mathematical model based on a new parameter K, associated to the hydrodynamic effect, has then been proposed. Links between mechanical properties measured by two different analysers, DMA and electrodynamic shaker, have finally been carry ogt in the linear viscoelastic range. The influence of K parameter on transmissibility properties and their evolutions under a specific protocol, have also been characterized. These studies demonstrate that transmissibility properties evolutions have the same origin as the Payne effect.