CHAPITRE V : Résultats et discussion
V. 3. 3. Etude du mélange PEhd/PEhd-g-AM/MMT
Pour cette étude le même protocole expérimental a été utilisé que pour les études précédentes (cf. § : V. 1. 1) nous avons donc préparés nos échantillons selon les proportions récapitulés dans le tableau suivant :
Mélange1 85 % PEhd / 10 % PEhd-g-AM / 5 % MMT Melange2 80 % PEhd / 15 % PEhd-g-AM / 5 % MMT
Tableau V. 21: Mélanges PEhd/PEhd-g-AM/MMT préparés.
Par manque du temps (fin de stage) nous nous sommes limités au test de Stress-cracking dont les résultats obtenus sont résumés sur le tableau qui suit :
Temps de fraction des éprouvettes (heure)
Mélange 1 24
Mélange 2 17
Tableau V. 22: Résultats du Stress-cracking pour les mélanges PEhd/PEhd-g-AM/MMT. D’après ces résultats nous observons une grande diminution de la résistance à la fissuration lente en milieu tensioactif par rapport à ceux obtenus pour les nanocomposites PEhd-MMT, dû probablement au faible pourcentage en agent compatibilisant puisque d’après la littérature les meilleurs résultats ont été obtenus pour un pourcentage 20 % en agent compatibilisant.
Conclusion générale
L’ajout de nanocharge comme la montmorillonite dans les polymères permet l’augmentation de l’ensemble des propriétés du nanomatériau. Cet accroissement global des propriétés est expliqué par la taille des nanocharges qui influe sur le comportement du matériau à l’échelle nanométrique.
Ainsi, la gestion des interactions a montré la nécessité de créer un continuum d’interaction de la surface des nanocharges vers la matrice polymère et que cette continuité passe par la modification organique de la surface des feuillets et l’emploi d’un agent compatibilisant.
L’objet de ce travail est la synthèse des nanocomposites à matrice des polyoléfines avec des propriétés améliorés.
Dans un premier temps, nous avons étudié les mélanges PEhd-PP, mais une diminution des propriétés par rapport au PEhd pure a été constaté. Dans un second temps, nous avons utilisé le PEhd comme matrice et comme charge la montmorillonite à différents taux, d’après les méthodes utilisées pour la caractérisation de ces nanocomposites, nous avons réalisé un accroissement général des propriétés thermiques, mécaniques et spécialement physiques par l’amélioration formidable de la résistance à la fissuration lente en milieu tensioactif, résultat prometteur pour l’amélioration des propriétés barrières de ce matériau.
Ensuite, nous avons réalisé le greffage de l’anhydride maléique sur le PEhd et nous avons vérifié la formation d’un agent compatibilisant par les analyses des spectres infrarouge. Selon nos résultats, nous avons réalisé cette réaction de greffage avec un grand succès. L’étape finale est l’étude du mélange PEhd/PEhd-g-AM/MMT, selon le test que nous avons utilisé « Stress- cracking » pour la caractérisation de ce dernier, on observe une grande diminution de la résistance à la fissuration lente en milieu tensioactif par rapport aux nanocomposites PEhd-MMT. Cet abaissement est certainement lié aux faibles taux d’anhydride maléique et d’agents compatibilisant ainsi que par les conditions opératoires.
LISTE DES FIGURES
Figures du chapitre I
Figure I. 1 : Différents modes de réalisation des nanocomposites ………..………..03 Figure I. 2 : Schéma des morphologies nanocomposites
rencontrées………08
Figure I. 3 :Représentation schématique des états de dispersion dans les nanocomposites………..09
Figure I. 4 : Evolution de la fraction de nanocharge intercalées (χ) durant le vieillissement……….10
Figure I. 5 :Représentation schématique du mécanisme de dispersion des nanocharges dans la matrice PP avec de
PP-g-AM………..……….15 Figure I. 6 : Mécanisme de greffage de l’anhydride maléique sur une chaîne
polypropylène………18
Figures du chapitre II
Figure II. 1 : Structure cristalline de la
montmorillonit.……….……….23 Figure II. 2 : Structure multi-échelle de la
montmorillonite………25 Figure II. 3 : Formule chimique du bleu de
méthylène………26
Figure II. 4 : Représentation schématique des arrangements des ions alkyls dans une galerie interfoliaire……….... ...31
Figure II. 5 : Deux types d'organisations des chaînes alkyles conduisant à la même distance interfoliaire………... ...32
Figure II. 6 : Organisations adoptées par les ions alkyle en fonction de longueur de leur chaîne ….33
Figure II. 7 : Représentation schématique des modes d'association supposés des feuillets de montmorillonite en
suspension……….38
Figure II. 8 :Représentation schématique de l'organisation proposée par M'Ewen et Pratt …..…...39
Figure II. 9 : Représentation schématique bi-dimensionnelle du modèle de bande………..…..39
Figure II. 10 :Représentation schématique, d'association face à face, proposé par Karen et al ……40
Figure II. 11: Représentation pour une suspension aqueuse de montmorillonites des comportements rhéologiques et leurs équations
correspondantes………..42
Figure II. 12 :Représentation schématique de la structure d'une suspension de laponite au repos et sous cisaillement, d'après Pignon et
al………...44
Figures du chapitre III
Figure III.1 : Représentation de la chaîne d’un polymère linéaire ……….47
Figure III. 2 : Représentation schématique d’un polymère Bidimensionnel, le carbone graphite ....48
Figure III. 3 : Représentation schématique d’un polymère Tridimensionnel………...…48
Figure III. 4 : structure d’un catalyseur de type oxyde de chrome………..…51
Figure III. 5 : Mécanisme de polymérisation par catalyse oxyde de chrome………..52
Figure III. 6 : Structure d’un catalyseur de type Ziegler-Natta ………..…52
Figure III. 7 : Mécanisme de polymérisation par catalyse Ziegler-Natta ………...53
Figure III. 8 : Structure d’un catalyseur de type métallocène ..………...54
Figure III. 9 : Mécanisme de polymérisation par voie métallocène……….55
Figures du chapitre IV
Figure IV. 1 : Appareillage de mesure du Melt Flow Index ………...57
Figure IV. 2 : Appareillage de mesure de la température de ramollissement Vicat…………...…..59
Figure IV. 3 : Appareillage des deux colonnes à gradient de densité………59
Figure IV. 4 :. Une partie d’une colonne à gradient de densité………...60
Figure IV. 5 : Géométrie et préparation d’une éprouvette pour le test ESCR……….62
Figure IV. 6: Equipement du test ESCR
……….62 Figure IV. 7: appareillage de mesure de la dureté SHOR D………63
Figure IV. 8 : Appareillage pour le calcule de la résilience Charpy………65
Figure IV. 9 : Appareillage pour le calcule de la résilience Izod……….66
Figure IV. 10 : Eprouvette avant le
Figure IV. 11 : Eprouvette après le test
………..67 Figure IV. 12 : Appareillage d’une découpeuse
………...68 Figure IV. 13: Appareil pour faire des entailles pour Izod et Charpy……….68
Figure IV. 14 : Courbe contrainte déformation d’un polymère semi cristallin en traction uniaxiale...
………69 Figure IV. 15: Eprouvettes de traction (selon la norme ISO
527)………70 Figure IV. 16 : Appareil pour l’essai de traction ……….71
Figures du chapitre V
Figure V. 1 : Variation du MFI en fonction des pourcentages en PP. ………73
Figure V. 2 : Variation de la température Vicat en fonction des pourcentages en PP……….74
Figure V. 3 : Variation de la dureté SHOR D en fonction des pourcentages en PP………76
Figure V. 4 : Variation de la résilience en fonction des pourcentages de PP………..77
Figure V. 5 : Elongation à la limite d’élasticité en fonction des pourcentages en PP……….78
Figure V. 6 : Elongation à la rupture en fonction des pourcentages en PP………..79
Figure V. 7: Variation des MFI en fonction des pourcentages en MMT.………80
Figure V. 8: Température Vicat pour les nanocomposites PEhd-MMT………...81
Figure V. 9: Évaluation de la densité pour les nanocomposites PEhd-MMT………..82
Figure V. 10 : Résultats de stress cracking pour les nanocomposites PEhd-MMT……….83
Figure V. 11 : Dureté SHORE D pour les nanocomposites PEhd-MMT………84.
Figure V. 12: Evaluation de la résilience pour les nanocomposites PEhd-MMT………85
Figure V. 13 : Evaluation de l’élongation à la limite d’élasticité pour les nanocomposites
PEhd-MMT………..86 Figure V. 14: Evaluation d’élongation à la rupture pour les nanocomposites PEhd-MMT…………87
Figure V. 15: Variation du taux de greffage des mélanges 1, 2 et 3………90
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Annexe A
I.Malaxeur
Procédure
Ouvrir la vanne d’eau pour le refroidissement et fixer la température des deux cylindres, puis les démarrer en fixant la même distance entre les deux cylindres à l’aide des deux manettes du Multimetro.
Une fois la température fixée atteinte commencer le travail.
Figure A. 1 :Malaxeur.
II. Presse automatique
II. 1. Préparation de la presse
Premièrement attendre 2 min pour le chargement du logiciel. Réinstaller le
programme ci-dessous, puis fixer la température des deux résistances supérieure et inférieure à 177 °C. Une fois que la température fixée atteinte, mettre l’ensemble plaques/ échantillon dans la presse pour l’exécution automatique du programme.
II.
2. Préparation de l’échantillonØ Nettoyer les plaques métalliques (300 x 300) mm2 et le moule (210 x 210) mm2 et mettre du papier polyester entre les plaques et l’échantillon.
Ø Peser 22 g d’échantillon pour le moule de (210 x 210 x 1) mm3 et 44 g pour celui de (210 x 210 x 2) mm3.
II. 3. Programme à charger à chaque remise sous tension
Température initiale : 177 °C Taux de réfrigération : 15 °C /min
phase Temps (min) Température (°C) pression (bar) 1 1 177 10 2 3 177 50 3 7 80 100 4 5 40 50 5 2 30 1
Figure A. 2 :Presse automatique.
III. Extrudeuse
Procédure
Ouvrir la vanne d’eau et la vanne d’air pour le refroidissement, puis remplir la trémie avec l’échantillon, ensuite allumer l’appareil et fixer la température de chaque zone par exemple : - zone 1 150°C
- zone 2 170°C - zone 3 180°C
- zone 4 180
°C (tête d’extrusion ou tête de filière).Une fois les températures fixées des zones atteintes, démarrer la vis, fixer sa vitesse (30 tours/min) et laisser se nettoyer pendant 10 min avec le produit a extrudé.
Une fois le travail achevé, vider la trémie et laisser la vis tourner pendant 6 mn puis baisser sa vitesse progressivement jusqu’à 0.
v Attention :
• Ne jamais démarrer la vis avant que les températures des zones ne soient atteintes. • Ne jamais laisser la trémie vide de produit.
Annexe B
Figure B. 1:
Spectre infrarouge du mélange1 : 96 %PHhd + 3.4 %AM + 0.6%Perkadox et le PEhd pure.Figure B. 2 : Spectre infrarouge du mélange2 : 96% PHhd + 3.4% AM + 0.6% Liladox et le PEhd pure.
C=O CH3 C=O CH3 1790 1790
Figure B. 3 : Spectre infrarouge du mélange3 : 96% PHhd + 3.4 % AM + 0.6% Benzoyle de peroxyde et le PEhd pure.