Caracterisation moleculaire et proprietes mecaniques des reseaux elastomeres sbr renforces par la silice

• Auteur / Autrice : ARNAUD LAPRA
• Direction : LILIANE BOKOBZA
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Ce travail concerne le renforcement des elastomeres sbr par la silice. L'etude a porte sur plusieurs melanges vulcanises qui different par la nature de la silice ou par la chimie de l'interface polymere/silice. Plusieurs techniques de caracterisation a l'echelle microscopique et a l'echelle moleculaire ont ete mises en uvre, dans le but de mieux comprendre les mecanismes de deformation dans ces systemes biphasiques. La microscopie a force atomique, utilisee en mode intermittent avec contraste de phase, a ete validee en tant que nouvelle technique de caracterisation de la dispersion de la silice dans la matrice polymere. Appliquee a des echantillons etires, elle permet d'analyser le champ de deformation a l'echelle du micron. Nous avons pu mettre en evidence de fortes heterogeneites de deformation au sein du materiau. Nous avons montre que l'amplification de deformation dans la phase polymere pouvait atteindre un niveau tres eleve dans les regions les plus concentrees en silice. L'orientation moleculaire induite sous traction a ete etudiee via deux techniques differentes (le dichroisme dans la gamme spectrale proche infrarouge et la birefringence) qui conduisent au meme resultat : en presence d'agent de couplage, les liaisons covalentes generees a l'interface polymere / silice jouent le role de jonctions supplementaires vis-a-vis du reseau elastomere. Dans les regions ou l'amplification de deformation est forte, les chaines atteignent rapidement leur limite d'extensibilite, ce qui se traduit par des comportements non gaussiens : la contrainte augmente beaucoup plus rapidement que l'orientation. Les chaines fortement sollicitees dans ces regions sont ensuite amenees a rompre ou a se detacher de la surface de la silice, ce qui induit une diminution du module en deuxieme traction (effet mullins). La comprehension de l'origine de l'effet mullins est capitale car l'hysterese mullins est la principale composante de l'hysterese totale. Or, l'etude des proprietes mecaniques aux grandes deformations a montre qu'il existait une correlation entre l'energie a la rupture et l'hysterese totale a la rupture. Enfin, une nouvelle interpretation, fondee sur l'existence d'une couche de polymere fortement immobilise a la surface de la silice, a ete proposee pour rendre compte de l'effet payne.