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RÉSUMÉ
Les nanocomposites sont constitués d’une dispersion de plaquettes ou lamelles généralement argileuses dans une matrice polymère. Ces charges lamellaires sont un ensemble de feuillets de type « mille feuilles ». Les dimensions des feuillets individuels sont de l’ordre du nanomètre en épaisseur, de plusieurs dizaines de nanomètres en largeur, et de plusieurs dizaines de nanomètres à quelques micromètres en longueur d’où leur appellation nanocharges. Les caractéristiques géométriques de la charge ont une influence déterminante sur les propriétés des matériaux polymères ainsi formulés, répertoriés ici sous l’appellation générale nanocomposites.
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Nanocomposites consist of nanometer-thin layers, generally in clay, dispersed in a polymer matrix. These lamellar fillers are a set of "mille-feuille" structured layers. The individual layers are of the order of the nanometer in thickness, of the order of several tens of nanometers in width, and from several tens of nanometers up to several micrometers in length, hence the term nanofillers. The geometric characteristics of the filler particles have a determining influence on the properties of polymer materials thus formulated and listed under the general term nanocomposites.
Auteur(s)
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Dominique DUPUIS : Ingénieur de Recherches Rhodia au CRTA
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Olivier MATHIEU : Ingénieur ENSPM, CPE-Lyon - Rhodia Engineering Plastics
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Sylvain BOUCARD : Docteur Ingénieur - Product Development & Technical support – Automotive – Multibase SAS – A DowCorning Company
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Stéphane JEOL : Ingénieur polymériste de l’ECPM Strasbourg - Doctorant en « Polymères et composites » à l’INSA de Lyon
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Jannick DUCHET-RUMEAU : Maître de conférences au Laboratoire LMM/IMP de l’INSA de Lyon
INTRODUCTION
Les nanocomposites peuvent être constitués d’une dispersion de plaquettes ou lamelles généralement argileuses dans une matrice polymère. Ces charges lamellaires sont constituées d’un ensemble de feuillets (type « mille feuilles »). Les dimensions des feuillets individuels sont de l’ordre du nanomètre en épaisseur, de plusieurs dizaines de nanomètres en largeur, et de plusieurs dizaines de nanomètres à quelques micromètres en longueur d’où leur appellation nanocharges. Ces dimensions leur confèrent un coefficient de surface très élevé (de 100 à 1 000 m2 · g−1) et un très fort facteur de forme (longueur/épaisseur > 100). Les caractéristiques géométriques de la charge ont une influence déterminante sur les propriétés des matériaux polymères ainsi formulés, répertoriés ici sous l’appellation générale nanocomposites, pour tenir compte de la dimension nanoscopique des charges introduites et à ne pas confondre avec les composites traditionnels du type polymères/fibres de renforts (exemple : polyester/fibres de verres).
Suivant l’état d’exfoliation et de dispersion de la charge minérale dans la matrice, on peut distinguer trois types de structures minérales :
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une structure non exfoliée, lorsque les feuillets restent agglomérés sous forme de paquets (ou d’un cristal) ;
-
une structure intercalée, avec des feuillets incomplètement séparés ;
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une structure exfoliée (ou délaminée) avec des feuillets individuels bien séparés et correctement dispersés (ce qui se traduit par une perte de cohérence cristalline).
Après quelques généralités sur les nanocharges lamellaires (§ 1), nous décrirons successivement les nanocomposites lamellaires :
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Nanocomposites lamellaires à base de polyester
En anglais
3. Nanocomposites lamellaires à base de polypropylène
Les thermoplastiques sont devenus depuis une cinquantaine d’années des matériaux incontournables et présents dans notre quotidien à la fois dans des applications de commodités ou faisant appel à plus de performances.
Dans les polymères dits de commodités, nous pouvons citer les polyoléfines, essentiellement les polyéthylènes et polypropylènes, de faible coût, facilement transformables, et présentant un compromis de propriétés mécaniques, barrières et de surface intéressant. Toutefois, leur emploi est limité lorsque des propriétés mécaniques, notamment de rigidité, et/ou des tenues mécaniques en température sont recherchées. Dans ce cas, l’emploi d’un polymère plus technique mais plus cher est une solution. Une autre solution consiste à incorporer dans les matrices de commodités des renforts qui auront pour but de palier le déficit de propriétés sans toutefois provoquer une augmentation dramatique du coût des produits ; nous parlons alors de composite thermoplastique. Dans ce cas, le mode de renforcement est spécifique à la propriété désirée.
Afin d’augmenter la rigidité, l’incorporation de renforts inorganiques tels le talc , le carbonate de calcium ou le noir de carbone est la solution la plus courante. Une autre voie est l’utilisation de renforts manufacturés telles les fibres de verre ...
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Nanocomposites lamellaires à base de polypropylène
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MACCULLOCH - - J. Am. Chem. Soc. (1952), vol. 74, p. 2453-2456.
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(3) - RUIZ-HITZKY (E.), ROJO (J.M.) - - Nature (1980), vol. 287, p. 28-30.
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(4) - RUIZ-HITZKY (E.), ROJO (J.M.), LAGALY (G.) - - Coll. Polym. Sci. (1985), vol. 263, p. 1025-1030.
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(5) - OKUTUMO (S.), KURODA (K.), OGAWA (M.) - - Applied Clay Science (1999), vol. 15, p. 253-264.
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(6) - JOBBAGY (M.), REGAZZONI (A.E.) - - Journal of Colloïd and Interface Science (2004), vol. 275, p. 345-348.
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