Compréhension et amélioration du nano-renforcement des élastomères silicone

par Alicia Rul

Thèse de doctorat en Chimie organique, minérale, industrielle

Sous la direction de Pierre-Jean Madec.

Soutenue en 2011

à Caen .

mots clés

• Élastomères -- Thèses et écrits académiques
• Silicones -- Thèses et écrits académiques
• Composites polymères -- Thèses et écrits académiques
• Charges -- Thèses et écrits académiques
• Hydrosilylation -- Thèses et écrits académiques
• Matériaux -- Propriétés thermiques -- Thèses et écrits académiques
• Matériaux -- Propriétés mécaniques -- Thèses et écrits académiques
• Matériaux -- Essais dynamiques -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Les élastomères silicone possèdent de remarquables caractéristiques thermiques. Il est cependant nécessaire de les formuler pour optimiser leurs propriétés mécaniques et dynamiques. L’objectif de cette thèse est donc le renforcement des silicones. Des charges minérales, telles que la silice, sont le plus souvent utilisées pour améliorer les caractéristiques de ces polysiloxanes via des interactions physiques. L’étude approfondie du comportement mécanique et thermique de nanocomposites silicone, nous a permis de comprendre les mécanismes d’amélioration de ces propriétés. L’utilisation de nanocharges hybrides organiques/inorganiques nous a permis de développer un nouveau mode de renforcement du silicone impliquant la création de liaisons covalentes entre la nanocharge et la matrice. La modification de nanocharges par hydrosilylation permet d’optimiser considérablement la dispersion de celles-ci et d’augmenter la densité de réticulation du silicone. Nous montrons dans ce projet qu’il est possible d’améliorer simultanément la tenue au vieillissement thermique aérobie et anaérobie, de réduire l’effet Payne, et d’augmenter le module élastique de silicones chargés. Ce nouveau mode de renforcement est un levier qui permet de multiplier les applications pour des mélanges silicone aux très bonnes propriétés thermiques, mécaniques et dynamiques.

Titre traduit

Understanding and Improvement of nanofilled silicon rubbers

Résumé

Silicon rubbers exhibit very good thermal properties. Unfortunately, their mechanical properties are too weak and must be improved. Silica minerals are generally used to improve the silicon matrix properties via physical interactions. The aim of this work is to understand and improve the silicon rubbers physical behavior by using nanofillers. In depth studies of mechanical behavior and thermal degradation of silicon nanocomposites allowed us to well-understand reinforcement mechanisms. Thanks to hybrid organic/inorganic nanoparticles, we managed to increase the rubber’s crosslink density and to improve the dispersion of nanofillers in the matrix blends. Chemical modifications through hydrosilylation reaction and morphological modifications of these particles, allowed us to enhance significantly the thermal, mechanical and dynamic properties of silicon rubbers. In this work, we have found a new way of reinforcement by creating covalent bonds between tailored nanofillers and the silicon rubber matrix. This new way of reinforcement of silicon rubber properties allows simultaneously improving thermal behavior, reduce Payne effect, and increase elastic modulus.