Contribution à l'étude de l'adhésion entre réseaux polyépoxy et thermoplastiques amorphes vitreux : interface versus interphase
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The adhesion between a thermoplastic and a thermoset is of a practical interest for polymer blends and gradient structures. In this study, planar interfaces between high-Tg thermoplastics PPE or PEI and aromatic epoxy-amine networks are prepared by joining at different conversions of the epoxy groups, Xe, followed by a complete curing. A special emphasis is done on the change of the epoxy polymer surface properties as a function of conversion and stoichiometry through surface energy measurement and atomic force microscopic (AFM) analysis. The structure of the interfacial regions was analyzed by means of scanning, SEM, transmission electron microscopy, TEM, and AFM. The morphologies of the interfaces resulting from casting a reactive epoxy mixture on a thermoplastic sheet are very different given the phase diagram of the thermoplastic - reactive thermoset system. If the phase diagram indicates that these ones are non-miscible whatever the epoxy conversion are, the interface is very thin ( < 20 nm). In the opposite, a gap-range of miscibility allows a diffusion of the comonomers in the thermoplastic layer for low epoxy conversion, Xe < 0,20, at the curing temperature. As a consequence, a 200 to 400 1-LID thick interphase is observed. A gradient morphology results from the gradient composition at phase separation. The fracture energy (Ge) of the interface is measured from the asymmetric double cantilever beam test, ADCB, on cured epoxy thermoplastic interfaces and failure mechanisms are examined using TEM deformed microtomed interfaces and SEM separated surfaces. Gc is found very dependent on the processing conditions and can be related to the presence or not of grafted PPE chains at interface or to the particular morphology of the interphase. Such a study can be used to design the interfaces between an epoxy network and a thermoplastic.
Abstract FR:
L'augmentation de l'adhésion entre un polymère thermoplastique (TP) et un réseau polymère thermodurcissable TD comporte un intérêt pratique indéniable dans diverses applications industrielles. Dans cette étude, des interfaces planes entre des TP de haute Tg, le PPE ou le PEI, et des réseaux TD époxy-amine issues d'une jonction à différentes conversions sont étudiées. La mesure de 1' énergie de surface par mouillage ainsi que la microscopie à force atomique (AFM) ont permis de caractériser l'évolution des propriétés de surface des réseaux époxy-amine avec la conversion et selon leur stoechiométrie. La structure des interfaces a été observée par microscopie électronique à balayage, MEB, à transmission, MET, et par AFM. Des morphologies d'interfaces très variables peuvent être obtenues par polymérisation directe des systèmes réactifs époxy-amine sur un film TP. Si le diagramme de phase montre que le mélange correspondant est non miscible quelque soit la conversion, des interfaces de profondeur < 20 nm sont obtenues. Dans le cas opposé, l'existence d'une fenêtre de miscibilité permet la diffusion des comonomères dans la couche thermoplastique pour des conversions en fonction époxy faibles, Xe < 0,20 à la température de cuisson. Une interphase de profondeur 200 à 400 ~rn est générée pour ces systèmes. Une morphologie graduelle est observée comme conséquence du gradient de concentration lors de la séparation de phase. L'énergie de fracture (Ge) de ces interfaces est mesurée grâce au test de clivage, ADCB, après polymérisation, et les modes de rupture sont observés en fond de fissure par MET et sur les surfaces clivées par MEB. L'énergie de fracture varie avec les conditions de mise en oeuvre et est sensible à l'existence de chaînes connectrices PPE greffées à l'interface où à la morphologie de l'interphase. Cette étude détermine les critères permettant de façonner une interface TP / TD adaptée à 1' application visée.