Relation structure propriétés dans les composites et les nanocomposites à base d’un polymère thermoplastique/silice

Abstract

Ce travail de recherche s’inscrit dans le domaine de la science des matériaux polymères nanocomposites, et s'intéresse spécifiquement à l’étude de la relation entre la structure et les propriétés des nanocomposites thermoplastiques renforcés par des nanoparticules de silice. L’objectif principal est d’optimiser la formulation de matériaux composites à base de polypropylène (PP) et de polyéthylène haute densité (PEHD), en y incorporant différentes formes de silice, modifiées ou non, en présence ou absence d’agents de compatibilisation tels que l’acide stéarique ou des silanes. La première partie de cette étude porte sur des nanocomposites de polypropylène contenant 3 % et 5 % de silice non traitée, préparés avec ou sans ajout d’acide stéarique (1 % et 5 %). L’acide stéarique est ici utilisé en tant qu’agent modificateur, dans le but d’améliorer l’interaction interfaciale entre la phase organique (le polymère) et la phase inorganique (la silice). Les mélanges ont été élaborés par procédé de mélange à l’état fondu, technique adaptée aux polymères thermoplastiques. Une amélioration des propriétés mécaniques et thermiques a été observée pour certaines formulations, notamment avec l’ajout de 1 % d’AS. La deuxième partie est consacrée à l’élaboration et à la caractérisation de nanocomposites à base de PEHD et de silice non traitée (3 % et 5 %). L’objectif est de comparer le comportement de deux matrices polymères (PP et PEHD) vis-à-vis du renforcement par la silice et d’évaluer les différences en termes de compatibilité, de dispersion des charges et de performance globale du matériau. Enfin, la troisième partie de l’étude explore l'effet d’un traitement de surface de la silice par un agent de couplage silane, le hexadécyltriméthoxysilane (HDTMS), à des concentrations de 1 % et 2 %. Cette fonctionnalisation vise à améliorer la dispersion de la silice dans la matrice PP et à renforcer les interactions interfaciales, en vue d’accroître les propriétés mécaniques, thermiques et rhéologiques du composite final. Une amélioration notable de la stabilité thermique, du module de traction, de la résistance à l’impact et de la dispersion des nanoparticules a été confirmée par des analyses FTIR, ATG, DTG, MFI, essais de traction et de choc, ainsi que par microscopie électronique à balayage (MEB). L’ensemble des résultats montre que l’utilisation conjointe d’un agent de couplage silane et d’un taux optimal de charge permet d’obtenir des nanocomposites à propriétés renforcées. En parallèle, l’influence du type de polymère, du taux de charge et des conditions de traitement a été rigoureusement étudiée pour proposer la formulation la plus performante selon les critères mécaniques et thermiques visés