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RÉSUMÉ
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. 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. Il existe plusieurs types de nanocomposites lamellaires : à base de polyamide, de polypropylène, de polyester et à matrice époxyde.
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Nanocomposites can consist of a dispersion of clay platelets or strips in a polymer matrix. These lamellar fillers consist of a series of sheets. The dimensions of the individual sheets are in the nanometer range in thickness, several tens of nanometers in width and several tens of nanometers to a few micrometers in length, hence their name nanofillers. There are several types of lamellar nanocomposites: polyamide, polypropylene, polyester and epoxy matrix.
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) ;
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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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Généralités sur les nanocharges lamellaires pour nanocomposites5. Nanocomposites lamellaires à matrice époxyde
Ce paragraphe décrit les étapes clés nécessaires à l’élaboration des nanocomposites à matrice époxyde. Les polyépoxydes sont, parmi les matières plastiques, celles qui ont les emplois les plus diversifiés . On rencontre ces thermodurcissables dans presque tous les domaines industriels depuis la microélectronique, dans l’industrie des colles et adhésifs, dans le domaine des peintures et revêtements jusqu’aux stratifiés utilisés en construction navale ou aéronautique. Dans la plupart des cas, la formation d’un réseau époxyde résulte de la réaction de polycondensation entre un monomère époxyde et un durcisseur, l’un des deux ayant une fonctionnalité supérieure à 2. Le diglycidyl éther de bisphénol A (DGEBA) est de loin le monomère époxyde le plus répandu. Différentes natures de durcisseur peuvent être utilisées : des anhydrides d’acide, des polyamines aromatiques ou aliphatiques, des imidazoles, etc. Toutefois, les durcisseurs diamines sont les plus utilisés. Initialement, la volonté de renforcer en terme de rigidité et de ténacité le comportement mécanique de ces matériaux a motivé l’ajout de charges lamellaires pendant la polymérisation du réseau époxyde. L’apport des nanocharges lamellaires s’est également manifesté par une résistance améliorée aux attaques chimiques, une augmentation des propriétés barrière et une amélioration de la stabilité dimensionnelle. Les premières études sur l’introduction de silicates lamellaires dans les matrices époxyde ont commencé dans les années 1990 . Ces matériaux époxyde/charges lamellaires sont le plus souvent utilisés...
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Nanocomposites lamellaires à matrice époxyde
BIBLIOGRAPHIE
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