Nanocomposites à nanocharges lamellaires : Dossier complet | Techniques de l’Ingénieur

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Article de référence | Réf : N2610 v1

Nanocomposites à nanocharges lamellaires

Auteur(s) : Dominique DUPUIS, Olivier MATHIEU, Sylvain BOUCARD, Stéphane JEOL, Jannick DUCHET-RUMEAU

Date de publication : 10 janv. 2007

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Nanocomposites polymères/silicates en feuillets

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ABSTRACT

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)

Dominique DUPUIS : Ingénieur de Recherches Rhodia au CRTA
Olivier MATHIEU : Ingénieur ENSPM, CPE-Lyon - Rhodia Engineering Plastics
Sylvain BOUCARD : Docteur Ingénieur - Product Development & Technical support – Automotive – Multibase SAS – A DowCorning Company
Stéphane JEOL : Ingénieur polymériste de l’ECPM Strasbourg - Doctorant en « Polymères et composites » à l’INSA de Lyon
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 :

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 ;
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 :

à base de polyamide (PA), § 2 ;
à base de polypropylène (PP), § 3 ;
à base de polyester (PET), § 4 ;
à matrice époxyde, § 5 .

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - MACCULLOCH - - J. Am. Chem. Soc. (1952), vol. 74, p. 2453-2456.
(2) - LAGALY (G.) - - Adv. Coll. Interf. Sci. (1979). vol. 11, p. 105-148.
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