Mélange de charges de différentes natures

Le même protocole de synthèse que précédemment (cf.§ 2.2) a été appliqué en incorporant dans le milieu

réactionnel conduisant au matériau Si 9 éther PU, 5,0%vol de noir de carbone et 3,1%vol de carbonate de

calcium. Nous n’avons pas souhaité incorporer plus de carbonate de calcium pour éviter une trop forte

reprise en eau du matériau (cf. § 3.1.2). Le même programme thermique (10 min à 60°C suivi par 5 min à

Chapitre IV : Synthèse et caractérisation des matériaux Si 9 éther PU chargés

131

80°C) a ensuite été appliqué. Le matériau obtenu est noir, homogène et souple. Dans un premier temps, nous

avons vérifié la correcte réticulation de la matrice Si 9 éther PU en mesurant sa fraction soluble, que nous

avons comparée à celle du matériau non chargée et des matériaux chargés avec 4,7%vol de noir de carbone

et 3,6%vol de carbonate de calcium (Tableau 25).

Tableau 25 : Fraction soluble des matériaux Si 9 éther PU non chargé et chargés avec différentes charges

Le matériau contenant le mélange de charges a une fraction soluble de 5%, ce qui est très proche de celle

du matériau avec 4,7%vol de noir de carbone et inférieur à celle du matériau non chargé (8%m). Le mélange

de charges n’affecte donc pas la réticulation de la matrice Si 9 éther PU.

Le matériau a ensuite été caractérisé suivant la même démarche que précédemment.

Dans un premier temps, nous avons évalué sa reprise en eau(Tableau 26). Pour rappel (cf. § 3.1.2), la

présence du carbonate de calcium augmente fortement la reprise en eau du matériau alors que l’effet du

noir de carbone est plus modéré.

Tableau 26 : Reprise en eau des matériaux Si 9 éther PU non chargé et chargés avec différentes charges

Le matériau Si 9 éther PU chargé avec le mélange des deux charges a une reprise en eau plus élevée (2.9%m)

que les matériaux chargés avec 4,7%vol de noir de carbone (1.2%m) ou 3,6%vol de carbonate de calcium (1,8%m)

et que le Si 9 éther PU non chargé (0,6%m). En alliant le noir de carbone et le carbonate de calcium, il

semblerait que les effets de la présence de 3,6%vol de carbonate de calcium et 4,7%vol de noir de carbone se

soient malheureusement additionnés.

Ensuite, la température de dégradation à 5% de perte de masse organique de ce nouveau matériau chargé a

été mesurée (Tableau 27).

Chapitre IV : Synthèse et caractérisation des matériaux Si 9 éther PU chargés

132

Tableau 27 : Température de dégradation des matériaux Si 9 éther PU non chargé et chargés avec différentes charges

La température de dégradation du matériau chargé avec 5,0%vol de noir de carbone et 3,1%vol de carbonate

de calcium (262°C) est légèrement inférieure à celle du matériau chargé avec uniquement du carbonate de

calcium (269°C) et significativement inférieure à celle du matériau chargé avec seulement du noir de carbone

(284°C) qui a une température de dégradation très proche de celle du matériau non chargé (280°C). Ainsi,

l’effet du carbonate de calcium sur la Td5% est plus important que celui du noir de carbone quand ces deux

charges sont incorporées ensemble.

Afin de compléter ces résultats, la perte de masse à 150°C de la partie organique de ce nouveau matériau

chargé a été comparée à celle d’un Si 9 éther PU chargé avec 4,7%vol de noir de carbone, d’une part, et à celle

d’un matériau chargé avec 3,6%vol de carbonate de calcium, d’autre part (Figure 84).

Figure 84 : Perte de masse en fonction de la durée de vieillissement à 150°C sous air de la matrice organique des matériaux Si 9

éther PU non chargé et chargés avec 4,7% de NDC, 3,6%

vol

de CaCO

3

et 5,0% de NDC + 3,1%

vol

de CaCO

3

Le matériau chargé avec le mélange de charges montre une perte de masse à 150°C proche de celles du

matériau contenant 4,7%vol de noir de carbone et du Si 9 éther PU non chargé pour des temps supérieurs à

200h, mais inférieure à celle du matériau chargé avec 3,6% de carbonate de calcium. De plus, la vitesse initiale

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

P

er

te

de

m

as

se

(

%)

Durée de vieillissement à 150°C (h)

5,0%vol NDC+ 3,1%vol CaCO3

3,6%vol CaCO3

4,7%vol NDC

Non chargé

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200

Chapitre IV : Synthèse et caractérisation des matériaux Si 9 éther PU chargés

133

de dégradation du matériau chargé avec le mélange de charges (0,14%m/h) est intermédiaire à celles des

matériaux chargés avec 3,6%vol de carbonate de calcium (0,17%m/h) ou 4,7%vol de noir de carbone (0,1 %m/h).

Ainsi, l’ajout de noir de carbone permet de stabiliser le Si 9 éther PU chargé avec du carbonate de calcium.

Pour conclure, en substituant une petite partie du carbonate de calcium par du noir de carbone, il est alors

possible de réaliser une polymérisation correcte de la matrice (fraction soluble diminue). Toutefois, la reprise

en eau est alors augmentée, mais, lors du vieillissement thermique à 150°C, aucune accélération de la perte

de masse n’est alors détectée.

4. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux obtenus à

partir du Si 9 éther PU (cf. Chapitre II et III) en y incorporant trois charges inorganiques différentes. Tout

d’abord, nous avons choisi le noir de carbone, connu pour renforcer les propriétés mécaniques des matrices

polymères et pour ses propriétés antioxydantes. Toutefois, il peut aussi diminuer le caractère isolant du

matériau. Ensuite, le carbonate de calcium est surtout intéressant d’un point de vue économique. Enfin, de

la silice fonctionnalisée SiC18, compatible avec le mélange réactionnel, a aussi été incorporée au sein des

matériaux, car elle est connue pour renforcer les propriétés mécaniques des élastomères. Cependant, cette

charge a un prix très élevé.

Le Tableau 28 récapitule les différentes caractéristiques des matériaux Si 9 éther PU chargés en fonction de

la nature des charges introduites. Les valeurs marquées en vert correspondent à une caractéristique en

accord avec le cahier des charges. Les valeurs en orange indiquent que la propriété est proche du cahier des

charges ou qu’elle peut y répondre pour certaines fractions volumiques. Enfin, les caractéristiques marquées

en rouge subissent une diminution lors de l’ajout de charge et ne sont plus en adéquation avec le cahier des

charges.

Chapitre IV : Synthèse et caractérisation des matériaux Si 9 éther PU chargés

134

Tableau 28 : Récapitulatif des caractéristiques des matériaux Si 9 éther PU non chargé et chargés avec les différentes charges

Il ne semble pas conseillé de charger les matériaux avec uniquement du carbonate de calcium. En effet, la

présence de ce dernier détériore les propriétés du Si 9 éther PU (reprise en eau plus élevée, dureté Shore A

supérieure à la limite acceptée et stabilité à 150°C diminuée). Par contre, son mélange avec du noir de

carbone permet de pallier certaines de ces détériorations, notamment, la stabilité à 150°C qui est alors

équivalente à celle de la matrice sans charge.

La silice fonctionnalisée SiC18, quant à elle, ne semble pas dégrader significativement les caractéristiques des

matériaux, mis à part qu’elle accélère légèrement son vieillissement. Cependant son coût élevé est et restera

certainement un frein à son introduction dans de tels matériaux.

Enfin, le noir de carbone donne les résultats les plus encourageants puisque les caractéristiques des

matériaux chargés restent quasiment similaires à celles de la matrice Si 9 éther PU.

Ainsi, à ce stade, dans les conditions de synthèse utilisées et au vu des premières caractérisations réalisées

sur ces matériaux, il semble que, hormis d’un point de vue économique, l’introduction de ces charges dans

la matrice Si 9 éther PU ne soit pas une voie à poursuivre pour améliorer significativement les propriétés

thermiques des matériaux Si n R PU. Nous avons donc ensuite choisi une toute autre approche qui fait l’objet

du chapitre suivant.

Chapitre IV : Synthèse et caractérisation des matériaux Si 9 éther PU chargés

135

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Confidentiel

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Chapitre V : Synthèse et caractérisation de matériaux

Dans le document Synthèse et caractérisation de copolymères Silicone/Polyuréthane réticulés pour l'encapsulation de modules de puissance (Page 131-138)