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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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Nanocomposites lamellaires à base de polypropylène2. Nanocomposites lamellaires à base de polyamide
Les polyamides (PA) sont des thermoplastiques amorphes ou semi-cristallins pouvant être classés selon leur structure chimique : les aliphatiques, semi-aromatiques ou aromatiques. Ils sont utilisés dans des domaines très variés comme le textile, les plastiques techniques, les fils industriels, etc. Leurs applications sont très nombreuses (habillement, automobile, bouteilles, cordes...). Le développement des polyamides date des années 1930 néanmoins leur marché est toujours croissant grâce aux investissements en recherche et développement réalisés par les différentes entreprises du secteur. Les premières études d’incorporation de nanoparticules lamellaires dans le PA ont été conduites dans les années 1970, mais les principaux développements ont été réalisés dans les années 1990-2000 suite à l’allocation d’importants moyens de recherche à l’échelle mondiale. Les PA (PA6, PA66, PA11, PA12, semi-aromatiques et autres copolymères...) permettent d’obtenir des nanocomposites dont les propriétés (mécaniques, thermomécaniques, barrières...) sont différentes des solutions existantes.
2.1 Obtention des nanocomposites lamellaires à base de PA
La plupart des études actuelles d’incorporation de nanoparticules lamellaires dans le PA sont réalisées en utilisant des nanoparticules lamellaires naturelles du type montmorillonite. Cependant 1, d’autres nanocharges naturelles ou synthétiques peuvent être utilisées.
Les nanocomposites PA lamellaires à structure exfoliée peuvent être obtenus par de nombreuses méthodes, nous ne détaillerons que les deux principales :
-
le procédé « voie in situ » qui consiste à disperser les charges dans les monomères des PA (caprolactame, sel Nylon, acide téréphtalique, métaxylylène diamine...) et à réaliser la polymérisation dans des conditions standards ou adaptées ;
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le procédé « voie fondue » qui consiste à disperser mécaniquement les charges avec les polyamides au moyen d’outils tels que des extrudeuses bi-vis.
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Nanocomposites lamellaires à base de polyamide
BIBLIOGRAPHIE
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