2.3.2- Incidence de la compatibilisation sur les propriétés des mélanges ABS/PC

Dans le cas du compatibilisant synthétisé à façon par Cho et al. [141], il est apparu, en mesurant la résistance au choc Izod (entaillé), que le compatibilisant poly(éthyl)acrylate (PetAcr-g-PCl) offre les meilleurs résultats et que la concentration de 1 phr (1 partie de copolymère pour 100 parties de résine) semble la concentration optimale : l’ajout d’une quantité supérieure de compatibilisant n’améliore pas voire détériore les propriétés au choc. Les auteurs expliquent cela par le fait que le compatibilisant vient se placer de façon préférentielle à l’interface (d’où la faible quantité nécessaire pour avoir un effet notable) et qu’il se produit ensuite un phénomène de saturation de l’interface. Ces résultats sont mis en regard d’autres travaux menés par l’équipe de Lee et al. [148] sur les mélanges PC/SAN (50/50) dans lesquels le PCL est utilisé comme compatibilisant. Des améliorations considérables sur la résistance au choc sont obtenues pour une composition de compatibilisant ajouté supérieure à 20% en masse.

Les auteurs ont suivi l’évolution de la résistance au choc des mélanges ABS/PC en fonction du pourcentage en PC pour des échantillons de 3 et 6 mm d’épaisseur, avec et sans compatibilisant, présentée sur la Figure 34. Sans compatibilisant, la résistance au choc suit une loi de mélange classique. Les valeurs plus élevées pour les échantillons plus fins peuvent s’expliquer d’après les auteurs par la dépendance à l’épaisseur des propriétés du PC et/ou par une orientation moléculaire plus grande dans les pièces injectées plus fines. En ajoutant une faible quantité de compatibilisant, une augmentation importante de la résistance au choc est observée, particulièrement pour les taux de PC importants et les échantillons de faible épaisseur. Cette amélioration importante traduit d’après les auteurs un changement de morphologies de mélanges. L’effet de l’ajout d’un compatibilisant (1, 2 et 3 phr) sur la morphologie est observé sur un échantillon injecté de 3 mm de PC/ABS (60/40), composition pour laquelle l’effet du compatibilisant est particulièrement marqué. En plus de rendre l’interface entre les deux composants plus nette, il se trouve que l’ajout de compatibilisant tend à allonger les structures, qui finissent par se rompre. Cette étude montre, de façon indirecte, qu’une structure allongée a une meilleure résistance au choc.

Figure 34. Résistance au choc de mélanges ABS/PC en fonction du taux de PC pour différentes épaisseurs d’échantillon avec et sans compatibilisant, d’après [141]

Les études utilisant des modifiants chocs comme compatibilisant mettent généralement en évidence des améliorations de la résistance au choc. Toutefois, certaines autres propriétés mécaniques, en traction par exemple, peuvent être détériorées. Par exemple, Tasdemir [142] obtient par ajout de SBS, une augmentation de la résistance au choc Izod et de l’élongation à la rupture, mais une réduction du module élastique, de la contrainte au seuil et de la dureté. Chiang et al. [139] trouvent des améliorations substantielles des propriétés au choc pour le MBS et l’EVA, avec une légère détérioration des propriétés en traction (modules et contraintes). A l’inverse, l’ajout de SMA ne modifie pas les propriétés au choc mais améliore les propriétés en traction. Pour les trois compatibilisants, la morphologie nodulaire semble plus homogène et plus fine que sans compatibilisant.

Dans l’étude de Yang et al. [125], l’effet des compatibilisants sur les propriétés en traction est à peine perceptible, tandis qu’une légère amélioration des propriétés au choc est mesurée pour 3% de PMMA. De l’observation des morphologies, il ressort que seul l’ajout de PMMA (à 3%) conduit à une diminution légère de la taille des nodules (1,69 ±0,6 µm sans compatibilisant contre 1,56 ±0,6 µm avec du PMMA).

Les améliorations des propriétés mécaniques liées à la présence de l’ABS-g-AM dans les mélanges ABS/PC sont substantielles. Balakrishnan et al. [113] considèrent que les mélanges PC/MABS présentent des comportements en traction ductiles, alors que les mélanges PC/ABS sont plutôt semi-fragiles. Les améliorations des propriétés au choc sont nettes sur toute la

gamme de composition, comme le montre la Figure 35. En particulier, pour les faibles taux de PC, on est parvenu au niveau de résistance de l’ABS seul. Les auteurs attribuent cette amélioration à la réaction entre le groupe anhydride de l’ABS-g-AM et les groupes terminaux OH du PC (cf. Figure 33).

Figure 35. Effet de la compatibilisation sur les propriétés au choc des mélanges ABS/PC [113]

Zhang et al. [146] retrouvent une courbe similaire à celle de la Figure 35 en ajoutant au mélange ABS/PC 10% en masse de ABS-g-AM avec un taux de greffage (TG) de 1,74%. Ils observent que, pour une composition de mélange donnée (ABS/ABS-g-AM/PC 60/10/30), le taux de greffage influe sur la résistance au choc du mélange et qu’un taux optimum de greffage apparait (cf. Figure 36). On suppose toujours que l’ABS-g-AM et les groupements terminaux du PC interagissent pendant le mélange. Une augmentation du taux de greffage augmente donc les chances de réaction, d’où une amélioration de la résistance au choc avec le taux de greffage. Néanmoins, les sites OH sont peu nombreux et à un certain taux de greffage, tous les sites sont saturés. Malheureusement, l’ABS-g-AM est plus fragile que l’ABS (du fait de la polarité de l’AM) et sa résistance au choc décroit en augmentant le taux de greffage. Ainsi, un taux de greffage trop élevé sature les sites OH et fragilise le mélange.

Les auteurs étudient également l’influence de la teneur en ABS-g-AM sur la résistance au choc d’un mélange contenant 30% de PC, pour différents taux de greffage d’AM sur l’ABS-g-AM. Il ressort aussitôt (Figure 36) l’existence d’un optimum pour les faibles taux de greffage (0,5 et 1,74%), et un effet rapidement néfaste pour un fort taux de greffage (3,39 %). La détérioration des propriétés quand la teneur en ABS-g-AM ou le taux de greffage sont trop grands, peut s’expliquer de deux façons. D’une part, le dicumyl peroxide (DCP), utilisé pour

le greffage de l’AM sur l’ABS peut, lorsqu’il est présent en trop grande quantité, dégrader l’ABS. De plus, un excès d’ABS-g-AM provoque une fragilisation du mélange.

Il ressort de cette étude complète qu’un optimum est à trouver à la fois dans le taux de greffage de l’AM sur l’ABS et dans la teneur en ABS-g-AM à introduire dans le mélange.

Figure 36. Effet du taux de greffage sur la résistance au choc du mélange (ABS/ABS-g-AM/PC 60/10/30) (à gauche) et effet de la teneur en ABS-g-AM de mélanges contenant 30% de PC (à droite)

Enfin, Tjong et al. [147] constatent que le mélange PC/ABS(M) 70/30 présente des nodules plus petits que le mélange équivalent PC/ABS (sans PP-g-AM), conduisant à une amélioration notable des propriétés au choc (de 580 à 772 J/m) et de la ductilité (de 19% à 90%) (cf. Figure 37). L’ajout de résine époxy ne modifie pas fortement la morphologie, mais les interfaces apparaissent de façon moins nette sur les micrographies, pouvant indiquer une meilleure adhésion interfaciale. Les propriétés sont encore améliorées : élongation à la rupture de 157 % et résistance au choc de 816 J/M pour 2 phr d’époxy rajouté dans le PC/ABS(M).

Effet sur la stabilité

L’autre effet du compatibilisant est de stabiliser la morphologie et donc de diminuer les mécanismes de coalescence. Yang et al. [125] soumettent un échantillon de mélange ABS/PC, avec et sans PMMA, à un recuit statique à 240°C pendant 5 et 30 minutes. Ce test confirme que le PMMA stabilise la morphologie et empêche la coalescence : les nodules, après 5 minutes de recuit, sont de taille plus grande en l’absence de PMMA que dans le mélange compatibilisé.