Analyse par diffraction à rayons X

La figure 77 présente le diffractogramme du polymère PLA et des fibres de miscanthus utilisés dans cette étude.

1000 21000 5 10 15 20 25 30 35 2 Théta In te n s it é PLA Miscanthus

Figure 77: Diffractogramme du PLA et des fibres de miscanthus

En ce qui concerne la matrice PLA, plusieurs pics de faibles et fortes intensités peuvent être identifiés :

(i) pics de forte intensité à 2θ = 9,44 et 2θ = 28,56;

(ii) pics de faible intensité 2θ = 12,55, 2θ = 18,95, 2θ = 23,4 et 2θ = 25,13;

Pour les fibres de miscanthus, on identifie principalement deux pics:

(i) pic de forte intensité (2θ=22,5) relatif à la présence des molécules de cellulose, (ii) pic de faible intensité (2θ=16,06) relatif à la présence de lignine et d’hémicelluloses.

Les diffractogrammes des mélanges à base de fibres brutes et traitées sont présentés sur la figure 78. Sur ce graphe, on repère les mêmes pics que ceux déjà observés pour le PLA mais avec des intensités plus faibles du fait de la diminution de la quantité de polymère.

Pour les mélanges à base de renforts bruts, on note l’apparition d’un nouveau pic à 2θ= 22,5 que l’on peut attribuer vraisemblablement à l’ajout des renforts puisque son intensité s’accroît en fonction de leur teneur.

Dans le cas où les composites sont à base de renforts traités, l’allure du diffractogramme et les pics obtenus sont similaires à ceux observés précédemment. En outre, à 40% de fibres, on relève la présence d’un nouveau pic à 2θ=16,47. Comme cela a été montré précédemment, le traitement corona entraîne deux effets (oxydation de la surface et augmentation de rugosité). Ces deux effets peuvent contribuer simultanément à la création d’un phénomène de nucléation interfacial et donc la naissance d’une nouvelle phase cristalline qu’il serait intéressant d’identifier.

1000 21000 41000 5 10 15 2 Théta (°) 20 25 30 Int e ns it é PLA 20NTM 40NTM 20TM 40TM

Figure 78: Diffractogramme des composites miscanthus brute ou traités/PLA

Pour les autres systèmes PP/miscanthus et PLA/chanvre, les tendances observées (annexe DRX) pour ces derniers sont presque similaires aux cas qui viennent d’être étudiés et l’on peut dégager de grandes tendances :

(i) Quelle que soit la nature du renfort, l’ajout des fibres brutes ou traitées réduit l’intensité des pics par rapport à ceux des polymères seuls. Cependant, on observe un léger décalage vers les grands angles principalement à cause de la contrainte exercée par les fibres sur les chaînes macromoléculaires.

4000 6000 8000 10000 12000 15 17 19 21 23 25

(ii) Dans le cas des systèmes à base de polypropylène, l’aspect de fibres de chanvre ou de miscanthus conduit à des effets opposés. Le pic à 16,09 caractérisant la phase β apparaît en l’absence de traitement pour le chanvre mais à la suite du traitement pour le miscanthus (il décroît quand le taux augmente).

(iii) Dans le cas des systèmes à base d’acide polylactique, le comportement est identique pour un jeu de fibres non traitées. Un pic apparaît à 2θ = 22,5 et son intensité augmente avec le taux de renforts. Lorsque les renforts sont traités, un autre pic apparaît à 2θ = 16,47 à faible teneur (20%) pour le chanvre mais uniquement à 40% pour le miscanthus.

IV

IVIV

IV. Synthèse et bilan. Synthèse et bilan. Synthèse et bilan. Synthèse et bilan des propriétés thermiquesdes propriétés thermiquesdes propriétés thermiquesdes propriétés thermiques

Au cours de ce chapitre, les propriétés thermiques et microstructurales des matériaux composites ont été étudiées. La caractérisation des échantillons par ATG, DMA, DSC et DRX a permis de déterminer différentes propriétés thermiques (température de décomposition, de fusion, de cristallisation et de transition vitreuse), d’observer l’évolution des différentes phases cristallines ainsi que celles des propriétés viscoélastiques (module de conservation à différentes températures).

A travers l’analyse TG et DTG, nous avons pu montrer que la stabilité thermique des matériaux polymères est influencée par l'incorporation des renforts fibreux et cet effet se manifeste de plus en plus quand le taux de renforts s’accroît.

Le traitement des renforts par décharge corona s’avère efficace pour augmenter la résistance thermique. La stabilité thermique des systèmes fibres traitées/matrices, est ainsi accrue malgré le fort cisaillement et les forces de frottement qui se produisent lors de l’extrusion. Ce résultat est principalement attribué à l’amélioration de l’adhésion fibre/matrice par effet d’ancrage mécanique. Cette amélioration est plus importante quand le polymère est de caractère hydrophile. En outre, le facteur de forme du renfort joue un rôle très important dans l’accroissement de l’affinité entre les composés.

D’un point de vue des propriétés viscoélastiques, l’ajout des renforts fibreux modifie la résistance des matériaux et contribue à l’augmentation de leur rigidité. En effet, la présence des fibres diminue la mobilité des chaînes de polymères et par conséquent conduit à un

accroissement du module de stockage suite à un meilleur transfert de la contrainte à travers l’interface.

Après traitement corona, quelles que soient la nature du renfort et la température, les propriétés viscoélastiques des matériaux fibres traitées/matrices sont améliorées. Comme cela a été montré pour les propriétés mécaniques (module d’élasticité et contrainte à la rupture), après traitement corona, l’adhésion est améliorée par un effet d’ancrage mécanique. Cet effet est responsable du bon transfert de la contrainte entre fibres et matrice et par conséquent l’adhésion et la rigidité des composites s’accroît.

Il faut noter aussi que les fibres à des teneurs de l’ordre de 20% tendent à se comporter comme des agents nucléants et influent sur la cristallinité. En conséquence, la température de transition vitreuse Tg est affectée et se décale vers les températures plus faibles pour la matrice PP et plus élevées pour le PLA.

Dans le même ordre d’idées, les propriétés microstructurales, notamment le taux de cristallinité et la nature des phases cristallines, ont été examinés. Les analyses DSC semblent montrer que le traitement corona n’a pas de conséquence particulière sur le taux de cristallinité. C’est plutôt la présence des fibres ainsi que le procédé de mise en forme qui affectent cette propriété. Après ajout des renforts bruts ou traités, les résultats obtenus ne révèlent aucune variation des températures de fusion et de transition vitreuse pour les polymères.

L’analyse DRX révèle, pour la matrice PP et pour des renforts bruts, l’apparition d’une nouvelle phase relative à des sphéroïdes β fortement dépendante de la morphologie et du traitement du renfort utilisé. Dans le cas des composites à base de PLA, deux pics apparaissent et leurs intensités dépendent de la teneur et du traitement.