Le taux d’amas immiscibles

Comparaison avec la diffusion des rayons X

Les expériences de diffusion des rayons X aux petits angles permettent de décrire une distribution d’épaisseur des amas de taille nanométrique. Il est possible également à partir de ces courbes, après quelques précautions expérimentales, de comparer qualitativement la proportion de cette population. En effet, comme il a été montré dans la partie 4.2.1.2, l’intensité diffusée globale est fonction du volume des entités diffusantes dans le domaine de vecteur d’onde correspondant. Or, d’après nos conditions expérimentales, la gamme d’épaisseur d’amas d’argile que l’on peut explorer est comprise entre 1 et 50 nanomètres. Alors, l’intensité diffusée est liée à la proportion des particules d’argile d’épaisseur infé-rieure à 50 nanométres16.

Les résultats obtenus avec les nanocomposites PA/5, PE/MA20/5 et PE/PEa2/5, (cf. Figure 4.18), sont en accord avec les proportions estimées par analyse d’images (cf Tableau 4.4). Le nanocomposite PA/5 qui a la plus grande proportion d’amas de taille nanométrique est celui qui a l’intensité diffusée la plus importante.

Tableau 4.4 –Comparaison de l’intensité diffusée à q²= 1nm⁻² (cf. Figure 4.18), à la proportion

d’amas de taille nano (1 - µ_agglo%) obtenus à partir de l’analyse images pour différents

nanocompo-sites.

PA/5 PE/MA20/5 PE/PEa20/5

Idif f use(q2= 1nm⁻²) 5,7 5,1 3,7

1 - µagglo% 0,9 33 59

Comparaison avec la microscopie optique

En microscopie électronique à transmission, il n’est pas toujours évident de visualiser les amas non miscibles dans la matrice. Pour ces raisons, nous avons introduit dans l’ana-lyse d’images des observations à plus faible grossissement par microscopie optique. Il est également possible d’estimer la proportion d’amas microniques à partir de ces observa-tions.

16Il faut néanmoins faire attention à corriger la remontée du pic d001, si l’on compare des

4.2. Validation des paramètres expérimentaux 123

Le tableau 4.5 compare le taux d’amas microniques obtenu pour différents nanocom-posites avec les équations 3.4 et 3.6 à partir d’observations par microscopie électronique à transmission et microscopie optique.

Tableau 4.5 –Comparaison du taux d’amas microniques obtenus à partir des images de microscopie électronique à transmission et par microscopie optique pour différents nanocomposites.

PE/MA20/5 PE/PEa20/5 PE/PEo20/5

µ_agglo% MET (Eq. 3.4) 15 100 >100

µ_agglo% MET (Eq. 3.6) 33 59 74

µ_agglo% MO (Eq. 3.4) 37 66 91

On constate que les proportions obtenues à partir des trois calculs sont relativement bien concordantes. Aussi, lorsque le taux d’amas micronique devient trop important, typique-ment > 50%, l’équation 3.4 n’est plus adaptée pour le calcul de µ_agglo%, à partir des observations MET. En effet, pour ces matériaux, micro-composites, on observe souvent à fort grossissement (x50.000 et x100.000) une à deux particules microniques sur les clichés. À cette échelle, ces amas ne sont plus représentatifs de l’occupation globale de l’argile dans la matrice. Ce qui peut expliquer la surestimation obtenue avec l’équation 3.4 par microscopie électronique à transmission, pour les nanocomposites PE/PEa20/5 et PE/PEo20/5. Dans ces conditions, il devient plus juste de calculer le taux d’amas micronique à partir de la relation 3.6.

124 Chapitre 4. Validation de la méthodologie

4.3 Conclusion sur la caractérisation de l’état

d’ex-foliation et de la dispersion de nanocomposites

à renforts lamellaires : les paramètres

perti-nents

L’objectifs de ce chapitre était double.

Dans un premier temps, il s’agissait de montrer que la méthodologie d’analyse d’images, présentée dans le chapitre 3, était suffisamment fine pour caractériser la morphologie des nanocomposites à renforts lamellaires. Pour cela, une étude sur l’influence du procédé de mise en œuvre a montré que la méthodologie d’analyse d’images permettait de discriminer le rôle du cisaillement dans le fondu sur la délamination des amas d’argile. Entre autres, grâce à l’analyse d’images, un scénario de délamination a été proposé.

Puis, dans un second temps, compte tenu des faibles volumes explorés en microscopie électronique à transmission, il paraissait indispensable de vérifier la validité des paramètres extraits par l’analyse d’images. Dès lors, une étude approfondie de l’exfoliation par diffu-sion des rayons X a été développée. Cette dernière a permis de décrire une distribution d’épaisseur des amas de taille nano, d’estimer qualitativement le degré d’exfoliation et enfin de confirmer la représentativité de la morphologie sondée par analyse d’images.

De plus, de gros doutes subsistaient également sur la longueur des particules d’argile me-surées à partir d’un cliché MET. L’utilisation de la microscopie environnementale nous a permis de conclure que les amas d’argile n’étaient pas cassés pendant l’extrusion. Des études complémentaires ont montré que la préparation par microtomie et que l’effet de projection induit par l’observation MET, pouvaient expliquer les faibles longueurs des par-ticules par rapport à la littérature et donc les faibles facteurs de forme.

La comparaison de la densité de particules par µm2 au comportement rhéologique aux faibles gradients de cisaillement a démontré que l’analyse rhéologique était un outil adapté à la caractérisation morphologique globale des nanocomposites.

En conclusion, les paramètres extraits de l’analyse d’images ont été validés par dif-férentes techniques de caractérisation (WAXS, SAXS, MO, MET, ESEM, rhéologie) et

4.3. Conclusion sur la caractérisation de l’état d’exfoliation et de la dispersion de nanocomposites à renforts lamellaires : les

paramètres pertinents 125

à différentes échelles. La morphologie obtenue est représentative du nanocomposite dans son ensemble. Néanmoins, la détermination de la longueur d’une particule d’argile à partir d’images de microscopie électronique à transmission n’est pas correcte. Les longueurs de particule d’argile mesurées sont bien inférieures aux longueurs attendues. Dès lors, pour pouvoir analyser et modéliser les propriétés macroscopiques des nanocomposites, sujet du chapitre 5, il sera plus judicieux de considérer les particules d’argile avec une longueur constante. Les facteurs de forme des particules seraient alors directement assimilables à l’inverse de leurs épaisseurs.

Chapitre 5

Identification des paramètres

pertinents sur les propriétés

mécaniques

Sommaire

5.1 Étude des nanocomposites à matrice polyamide6 . . . . 129

5.1.1 Morphologie et dispersion . . . 129