Synthèse et propriétés mécaniques de réseaux doubles élastomères anisotropes

par Ludovic Feige

Projet de thèse en Chimie des Matériaux

Sous la direction de Costantino Creton.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Physique et Chimie des Matériaux , en partenariat avec Sciences et Ingénierie de la Matière Molle-Physico-chimie des Polymères et des Milieux Dispersés (laboratoire) et de ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-01-2017 .


  • Résumé

    Des études récentes ont montré qu'il est possible de renforcer significativement les propriétés mécaniques (rigidité et ténacité) des élastomères et des hydrogels en les introduisant dans une matrice élastique extensible qui ne présente pas de séparation de phase à l'échelle macroscopique avec le réseau qui est introduit. Dans ce système, le réseau élastomère fortement réticulé est gonflé par étapes successives par du monomère qui est ensuite polymérisé. Le matériau composite qui en résulte contient alors une fraction volumique minoritaire de polymère pré-étiré percollant à travers le matériau, et une majorité de polymère étirable et faiblement réticulé. La fraction volumique minimale pour observer ce renforcement se situe entre 3 et 30%. Cette amélioration a été attribuée à la possibilité de rompre des chaines du réseau fortement réticulé et étiré tout en évitant la propagation de la fissure à travers le réseau lâche et faiblement réticulé. Autrement dit, la rigidité du réseau agirait comme un renforcement du réseau, lui conférant rigidité, tandis que le réseau mou apporterait l'extensibilité. Tous les matériaux testés jusque-là sont isotropes, et le réseau polymère rigide est continu et percole à travers le matériau. Or, cette méthode de fabrication n'est pas industrialisable facilement, et l'objectif de cette thèse est donc d'explorer deux stratégies appliquant ce concept général à des classes de matériaux différents des simples élastomères ou gels.

  • Titre traduit

    Synthesis and mechanics of anisotropic double network elastomers


  • Résumé

    Recent studies in hydrogels and elastomers have shown that simple elastic networks can be significantly reinforced mechanically (in stiffness and toughness) by embedding them into an extensible elastic matrix that does not macrophase separate with the network. In this configuration the well-crosslinked elastic network is swollen in successive steps into monomer, which is subsequently polymerized. The resulting composite material contains a minority volume fraction of prestretched polymer which is percolating through the material, and a majority component of stretchable and sparsely crosslinked polymer. The effective reinforcement occurs when the volume fraction of minority component is between 3 and 30%. The enhancement has been attributed to the possibility of breaking the bonds in the bulk of the more crosslinked and highly stretched minority network while avoiding crack propagation through the less crosslinked and unstretched majority network. In other words the stiff network would act as a reinforcement, providing stiffness and the soft network would provide extensibility. All the materials tested so far are isotropic and the stiff network is continuous and percolating. Yet this fabrication method is not very practical to industrialize an the objective of the thesis is to explore two strategies to apply this general concept to different classes of materials than simple elastomers or gels.