Analyse des propriétés physiques et mécaniques des nanocomposites polyamide 12 / cloisite® 30B en lien avec leurs nanostructures

Analysis of the physical and mechanical properties of nanocomposites polyamide 12 / Cloisite® 30B and their relations with structure

• Auteur / Autrice : Hanaya Aldroe
• Direction : Nourredine Aït Hocine, Pascal Médéric
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique et Productique
• Date : Soutenance le 20/11/2014
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de mécanique et rhéologie (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École polytechnique universitaire (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Gaël Gautier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pierre Zanni-Deffarges
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Gloaguen, Loïc Le Pluart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux nanostructurés

Matrices, Mécanique des

Matière -- Propriétés

Propriétés mécaniques

Composites

Polyamides

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanocomposites

Polyamide 12

Cloisite® 30B

Propriétés physiques

Propriétés mécaniques

DMTA

Nanocomposites

Polyamide 12

Cloisite® 30B

Physical properties

Mechanical properties

DMTA

Résumé

Les nanocomposites suscitent un intérêt croissant depuis leur développement dans les années 90 par Toyota. Par conséquent, l'amélioration des propriétés de ce type de matériaux est un enjeu fort tant d'un point de vue fondamental qu'industriel. Cette amélioration peut passer par un choix pertinent des charges renforçantes ajoutées à la matrice notamment en ce qui concerne le type, la géométrie, la proportion et le traitement de ces charges. L’optimisation des paramètres d’élaboration du mélange y joue aussi un rôle important. L’objectif de ce travail est de contribuer à l’identification et à la compréhension des mécanismes à l'origine du renforcement des matrices thermoplastiques par des nanocharges. Cet aspect est abordé à travers l’étude des propriétés thermiques et mécaniques des nanocomposites formés d’une matrice Polyamide 12 (PA12) chargées par des nanoparticules d’argile organiquement modifiée. Plus précisément, nous avons analysé les effets de la fraction massique des charges et du vieillissement naturel sur les propriétés structurales, thermiques et mécaniques de ces nanocomposites. L’influence des conditions de mélangeage sur ces propriétés ont aussi été examinées. Nous avons particulièrement mis l’accent sur l’identification des liens qui existent entre les propriétés macroscopiques et la structure des nanocomposites. Nous avons aussi fait une étude comparative des propriétés viscoélastiques de ces matériaux à l'état fondu et à l'état solide, ce qui représente une des originalités forte de ce travail.

Nanocomposites are interestingly growing since their development in the 1990s by Toyota Company. Therefore, improving the properties of such materials is a major issue from fundamental and industrial point of view. This improvement can pass through a relevant choice of reinforcing loads added to the matrix particularly regarding the type, geometry, the proportion, and the treatment of these fillers. The processing parameters of the mixture play also a key role. The objective of this work is to contribute to the identification and understanding of the mechanisms at the origin of the reinforcing thermoplastic matrices by nanofillers. This aspect presented through the study of the thermal and mechanical properties of nanocomposites formed by a polyamide 12 matrix (PA12) filled with organically modified clay nanoparticles. More specifically, we analysed the effects of the filler mass fraction and environmental aging on structural, thermal and mechanical properties of these nanocomposites. The mixing conditions on these properties were also examined. A particular attention has been paid to the study of relationships between the macroscopic properties and the structure of nanocomposites. Viscoelastic properties of these materials in both melt and solid states were compared, which represents one of the originalities of this work.