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1 - QU’EST-CE QU’UN NANOCOMPOSITE ?

  • 1.1 - Nanocomposites à matrice polymère
  • 1.2 - Travaux originels

2 - ARGILES

3 - STRUCTURE DES NANOCOMPOSITES

4 - PROPRIÉTÉS DES NANOCOMPOSITES

5 - APPLICATIONS DES NANOCOMPOSITES

  • 5.1 - Propriétés barrière
  • 5.2 - Propriétés de retard au feu
  • 5.3 - Propriétés structurales
  • 5.4 - Limitations et enjeux

6 - DONNÉES ÉCONOMIQUES

Article de référence | Réf : NM3050 v1

Qu’est-ce qu’un nanocomposite ?
Nanocomposites polymères/silicates en feuillets

Auteur(s) : Jean-Michel GLOAGUEN, Jean-Marc LEFEBVRE

Date de publication : 10 janv. 2007

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RÉSUMÉ

Un nanocomposite est un matériau qui combine deux phases aux propriétés différentes et dont la phase de renfort présente une dispersion de taille nanométrique. Cet article, consacré principalement aux nanocomposites à matrice polymère, s’attache à détailler les différents aspects de ces matériaux. Les propriétés de ces matériaux sont très influencés par le degré de mélange entre la matrice organique et la phase inorganique, souvent une charge minérale. La propriété de l'argile à interagir fortement avec les espèces chimiques présentes dans une solution auqueuse est grandement exploitée. La structure (morphologie, élaboration), les propriétés thermiques et mécaniques et enfin les différentes applications des nanocomposites sont largement détaillées.

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ABSTRACT

A nanocomposite combines two phases with different properties and its reiforcement phase presents a dispersion in the nanometric size. This article , mainly dedicated to nanomaterials with a polymer matrix, describes the different aspects of tehse materials. Their properties are extremely influenced by the level of mixture between the organic matrix and the inoganic phase, which is often a mineral load. The capacity of clay to interact significantly with the chemical species present in an aqueous solution is largely exploited. The structure (morphology, elaboration) of thermal and mechanical properties as well as the various applications of nanocomposites are detailed in depth.

INTRODUCTION

Un matériau nanocomposite est un matériau biphasé dont la phase de renfort présente une dispersion de taille nanométrique. Dans ce dossier, seuls les nanocomposites à matrice polymère sont considérés. Leurs structure, propriétés et applications y sont successivement présentées.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-nm3050


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1. Qu’est-ce qu’un nanocomposite ?

Jean-Michel GLOAGUEN

Université de Lille I

Laboratoire de structure et propriétés de l’état solide

Jean-Marc LEFEBVRE

Université de Lille I

Laboratoire de structure et propriétés de l’état solide

L'idée d'améliorer les propriétés des matériaux en combinant deux phases aux propriétés différentes n'est pas nouvelle. On retrouve à travers l'histoire des exemples de matériaux que l'on peut considérer comme nanocomposites ; certaines colorations de peintures mayas proviennent d'inclusions de nanoparticules métalliques et d'oxyde dans un substrat de silicate amorphe. Plus récemment, en 1917, le noir de carbone a été introduit dans la composition des pneumatiques, ce qui a eu pour conséquence de multiplier par cinq leur durée de vie. Ce renfort est constitué de particules de 10 à 400 nm pour un diamètre moyen d'agrégats de 100 à 800 nm.

Par contraste avec les microcomposites conventionnels à matrice polymère, où les dimensions ou diamètres typiques des charges (particules, fibres) sont de l'ordre de plusieurs micromètres, la révolution du passage aux échelles de tailles nanométriques résulte principalement de deux paramètres : l'accroissement considérable de la surface d'interfaces et la réduction, à fraction volumique de renfort identique, des distances entre particules jusqu'à atteindre l'échelle des dimensions moléculaires caractéristiques de la matrice.

Le facteur déclenchant de l'effort de recherche dans ce domaine a été la publication en 1992 de résultats obtenus par Toyota Research sur la dispersion à l'échelle nanoscopique de silicates en feuillets (principalement argile montmorillonite) dans le polyamide 6 par polymérisation in situ. L'effort considérable de recherche observé depuis cette date au niveau mondial, dans le domaine des matériaux nanocomposites à matrice thermoplastique et renforts de plaquettes d'argile, est bien traduit par le nombre de publications et de brevets en croissance exponentielle, mais avec seulement une contribution de l'ordre de 15 % au niveau européen.

Dans ces systèmes organiques-inorganiques, la dispersion ultrafine et les interactions locales entre matrice et phase de renfort aboutissent à des niveaux de propriétés supérieures à ceux de leurs équivalents micro ou macrocomposites, et ce dès les faibles fractions d'éléments renforçants. Ces avantages...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - UTRACKI (L.A.) -   Rheology of multiphases systems.  -  In Rhelogical Fundamentals of Polymer Processing, Covas (J.A.), Agassant (J.F.), Diogo (A.C.), Vlachopoulos (J.), et Walters (K.), éds., p. 113-137, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht (1995).

  • (2) - JETHMAHANI (J.M.), FORD (W.T.) -   *  -  Chem. Mater., no 8, p. 2138 (1996).

  • (3) - PU (Z.) -   *  -  Chem. Mater., no 9, p. 2442 (1997).

  • (4) - MALONEY (W.T.) -   Clay product and process of preparing some.  -  US Pat., 2, 158, 987, Appl. 1934, to Georgia Kaolin Co, 16 mai 1939.

  • (5) - CARTER (L.W.), HENDRICS (J.G.), BILLEY (D.S.) -   Elastomer reinforced with a modified clay.  -  US Pat., 2, 531, 396, Apl. 29.03.1947, to National Lead Co, 28 nov. 1950.

  • (6) - FUJIWARA (S.), SAKAMOTO (T.) -   *  -  Jpn. Pat. JP-A-51-109998 (1965).

  • ...

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