Etude et modélisation des comportements rhéologique et mécanique des réseaux polyépoxy modifiés par des microparticules préformées de type core-shell
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The use of emulsion polymerization to prepare core-shell rubber (CSR) toughening particles with different shell thickness to core diameter ratios, process of synthesis and shell functionnalization is described. Crosslinking the shell appears to be a necessary condition to maintain the integrity and morphology of the particle upon curing the epoxy network. The mixing of CSR particles with the reactive epoxy and the processing of toughened-epoxy network are described. The blend morphology is studied using electron microscopy. A heterogeneity factor of dispersion and an average distance between two particles are two pertinent parameters describing the dispersion state of the particles. The characteristics of each phase, the thermal and thermomechanical properties of the materials are reported. The frature parameters (G1c, K1c) are discussed in relation to the structure of the CSR particles and to the dispersion criteria. An optimum of fracture improvement was demonstrated for the materials modified by core-shell particles synthetized by the mixing process (ABu/MMA) with shell thickness (e/R) of 30%, a functionnalized shell by the glycidyl methacrylate and a size of 600 nm. The toughening mechanism is mainly governed by the plastic deformation induced by the shear yielding of the epoxy network. The shear yielding is favoured by the cavitation of the core of the particles.
Abstract FR:
Des particules composites de latex de type core-shell (CSR) ont été élaborées par polymérisation radicalaire en émulsion en deux étapes. Les conditions expérimentales qui ont permis d'obtenir des particules de taille et de structure contrôlées (procédés de synthèse, rapport de l'épaisseur de l'écorce sur le rayon du cœur de la particule et la fonctionnalisation de l'écorce) sont discutées. L'étude rhéologique des mélanges constitués de prépolymère époxy et de particules CSR a montré que la structure et la surface des particules, modifient notablement le comportement rhéologique des suspensions. Des interprétations ont été émises en terme d’interaction entre les particules d'une part et entre celles-ci et le prépolymère d'autre part. L'évolution des grandeurs rhéologiques avec le taux et la structure des modifiants a été confrontée aux modèles de la bibliographie. Une corrélation a ensuite été établie entre le comportement rhéologique et l'état de la dispersion suivant la structure de la particule. Cet état de la dispersion au sein du matériau a été analysé par microscopie électronique à transmission et a été quantifié au moyen d'un logiciel d'analyse d'image par un facteur d'hétérogénéité de la dispersion et une distance au plus proche voisin. Parallèlement, ces mêmes matériaux ont été caractérisés par leurs propriétés thermiques et thermomécaniques. Il en résulte que la présence de particule core-shell n'affecte pas ou peu la température de transition vitreuse de la matrice pure. Enfin, nous avons montré que les propriétés préplastiques, plastiques et à rupture sont étroitement corrélées à la structure des particules et à leurs états de dispersion. En outre, un optimum de ténacité a été obtenu pour les matériaux renforcés par des particules synthétisées par un procédé mixte (ABu/MMA). Avec une épaisseur d'écorce importance (e/R=30%), une fonctionnalisation par du méthacrylate de glycidyle de cette même écorce et une taille de 600 nm. Le mécanisme de renforcement de ces matériaux modifiés par les microparticules est dû principalement à la déformation plastique de la matrice par écoulement en cisaillement du réseau polyépoxy, favorisé par la cavitation du cœur en élastomère des particules.