i Analyses morphologiques des fibres PMMA/DWNT

a. Analyses Macro/Microstructurale

❒ Microscopie optique

L’observation du matériau par microscopie optique, montre sur la Figure 3- 5(a, b) des tâches noires qui s’apparentent à des agglomérats de DWNT. L’apparition de ces agglomérats semble également très ponctuelle au travers du matériau étudié comme précédemment observé avec les perles. Ces protubérances, à priori carbonées, peuvent provenir d’une mauvaise dispersion des DWNT lors de la préparation, ou encore d’une agglomération des DWNT lors de la procédure de filage. Néanmoins, ces agglomérats peuvent également être tout simplement du carbone désorganisé (provenant de l’étape de synthèse des NTC). Ces étranglements de par leurs formes provoquent un point de contrainte au niveau de la fibre pouvant éventuellement apporter une certaine fragilité au matériau mais également provoquer une perte de matière. Cette perte peut potentiellement entrainer des défauts d’interconnexions des NTC au travers des fibres composites et provoquer la perte de connectivité électrique par exemple.

Figure 3-5 : (a) Microscopie optique de l’échantillon DWNT-PMMA (PMMA10%m / DWNT 1%m) ; (b) agrandissement de l’image (a) présentant plus précisément ces agglomérats carbonés le long des fibres.

Ces observations montrent la présence de nombreuses malformations au cœur des fibres qui, à priori, ressemblent à des perles mais n’en possèdent pas les mêmes caractéristiques. L’observation par des techniques plus précises permet de répondre à cette question de manière plus directe.

❒ Microscopie électronique à balayage

La Figure 3-6(a, b) montre des agglomérats semblables morphologiquement à des perles précédemment observées (Fig.3-3(b)-encadré Fig.3-6(b)) mais qui n’en possèdent pas les caractéristiques. En effet, plusieurs études décrivent la formation de ces agglomérats engendrés par la présence des NTC enchevêtrés et noués, au cœur des fibres en PMMA275_{. Ce}

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phénomène a également été observé sur des fibres nanocomposite Polyuréthane/SWNT282_. Les fibres fabriquées semblent plus rugueuses et plus denses que ce que l’on a précédemment observé pour l’échantillon PMMA7,5%m. Par ailleurs, on remarque que le diamètre moyen des fibres semble avoir augmenté, augmentation qui semble être liée à la présence des DWNT au cœur de la fibre et de ces agglomérats de matière carbonée. L’encadré dans la Figure 3-

6(b) ne montre pas de différence de morphologie significative entre les perles précédemment

observées (encadré Fig.3-6(b) - PMMA7.5%m) et les agglomérats engendrés par la présence des DWNT dans l’échantillon DWNT-PMMA.

Figure 3-6 : (a) Image par MEB de l’échantillon DWNT-PMMA ; (b) agrandissement de l’image montrant la morphologie des fibres composites et précisant l’allure des agglomérats formés de l’échantillon DWNT- PMMA l’encadrement montre une image présentant les perles de l’échantillon PMMA7.5%m (Fig.3-3(b)).

Comme précédemment évoqué dans le chapitre 1, la dispersion des NTC est une étape capitale et souvent difficile à optimiser selon le polymère et le procédé de fabrication utilisé. De façon à mieux comprendre l’influence de l’ajout des DWNT sur la morphologie des fibres, nous avons réalisé une étude statistique afin de mettre en évidence la variation de diamètre entre les fibres en PMMA et les fibres nanocomposites PMMA/DWNT.

b. Etude de la distribution en diamètre des PMMA et

PMMA/DWNT

La Figure 3-7 représente une étude statistique montrant l’influence des DWNT sur le diamètre des fibres. Il est clair que la présence des DWNT affecte significativement la forme et la distribution en diamètre des fibres. Pour l’échantillon PMMA10% (Fig.3-7(a)) la distribution est plutôt uniforme et centrée autour de 300 nm de diamètre. A l’inverse, la distribution en taille est beaucoup plus étendue pour le composite DWNT-PMMA (Fig.3-7(b)). En effet, on peut constater un diamètre des fibres compris entre 650 et 1750 nm centrée autour de 1000 nm de diamètre (effet également reporté dans la littérature 275_{). Cette étude illustre donc bien}

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l’influence des DWNT sur la structure des fibres et plus précisément leurs tailles (p = 0,026 <

0,5 statiquement différent).

Figure 3-7 : (a) Distribution du diamètre des fibres de l’échantillon PMMA10%m (b) Distribution du diamètre des fibres de l’échantillon DWNT-PMMA (1% massique de DWNT par rapport au PMMA). (Etudes réalisées sur respectivement 200 et 400 fibres) - Paramètres PMMA 10%m : DDP de 8 kV / débit d’injection 1 mL.h-1 _/

distance inter-électrodes de 17 cm / DWNT-PMMA : DDP de 7 kV /débit d’injection 1 mL.h-1 _{/ distance inter-}

électrodes de 13 cm (T°C : 24°C).

Cette étude démontre l’effet des DWNT sur la distribution en diamètre des fibres. Des analyses plus détaillées par microscopie électronique à transmission et à balayage pourraient apporter des informations concernant l’arrangement ou l’organisation des DWNT dans les fibres.

c. Conformation des DWNT au cœur de la fibre

Les clichés MET sur la Figure 3-8(a, b) illustrent une zone de l’échantillon révélant à priori un faisceau de DWNT longeant la fibre. Ce faisceau sort et rentre à nouveau dans la fibre, démontrant l’interconnexion des DWNT, toutefois il est difficile d’affirmer que le faisceau soit

présent tout au long de la fibre. Le grossissement effectué en Figure 3- 8(b) montre très

distinctement qu’il s’agit de NTC sous forme de faisceau. Néanmoins celui-ci semble se trouver à l’extérieur et non au cœur de la fibre. Les images MEB (Fig.3- 8(c, d)) montrent deux fibres en composite DWNT-PMMA dans lesquelles on discerne trois faisceaux de DWNT interconnectés. L’encadré de la Figure 3-8(d) illustre une autre fibre où l’on observe également le même comportement. Les NTC semblent également émerger de la fibre en se positionnant a priori essentiellement sur les bords. Cependant certaines études 251 _décrivent la fabrication de fibre nanocomposite en PMMA/MWNT démontrant l’interconnexion des

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Figure 3-8 : (a) Image MET de l’échantillon DWNT-PMMA illustrant plusieurs objets en surface de la fibre (b) un grossissement d’une des zones observées en Fig.(a) présentant la structure de ces objets (faisceaux DWNT). (c, d) Image MEB (différents grandissement) du même échantillon (DWNT-PMMA) illustrant la présence de DWNT à l’apex de fibres fracturées.

Ces études préliminaires illustrent le potentiel et la faisabilité de fabriquer des fibres nanocomposites Polymère/DWNT par électrospinning.