Développement et caractérisation de matériaux de surface innovants écologiques pour la sécurité et le confort automobile

Development and characterization of innovative and ecological surface materials for security and comfort in automotive applications

• Auteur / Autrice : Christophe Beyens
• Direction : Ulrich Maschke
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 04/12/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermogravimétrie

Calorimétrie différentielle à balayage

Matières plastiques -- Thermoformage

Alliages de polymères

Traitements de surface

Faisceaux électroniques

Polyoléfines

Propriétés mécaniques

Thermoplastiques

Mots clés libres

Tpo

Résumé

Les polyoléfines thermoplastiques (TPO) sont des matériaux issus du mélange entre le polypropylène, le polyéthylène et des élastomères éthylène-propylène. Ils sont utilisés notamment dans le domaine automobile pour la fabrication des pare-chocs et le revêtement de surface des pièces intérieures comme le tableau de bord. Pour cette dernière application, des feuilles de TPO grainées sont thermoformées afin de s’adapter aux contours des pièces. Lors de cette mise en forme, le grain de la feuille est déformé et son épaisseur réduite, diminuant la qualité perçue du revêtement. Le traitement du TPO par bombardement électronique (EB), réalisé lors de ce travail de thèse, est une technique de choix afin de modifier les propriétés physico-chimiques du polymère et de potentiellement améliorer le thermoformage des feuilles TPO. Une étude préliminaire a été effectuée en irradiant par EB une formulation TPO commerciale. Une altération des propriétés mécaniques et thermiques est causée par le traitement radiatif. Une amélioration de la thermoformabilité du TPO est également mise en évidence. L’effet de l’EB est néanmoins limité et nécessite d’adapter la formulation. Deux voies ont été envisagées dans la suite de cette étude. Pour la première, des formulations TPO contenant des copolymères triblocs ont été développées. Dans la seconde, des monomères réactifs ont été ajoutés aux TPO. L’effet du traitement radiatif par EB sur ces formulations est ensuite caractérisé par diverses méthodes (analyses enthalpiques différentielles et thermogravimétriques, traction uniaxiale) et des essais de thermoformage. Des résultats intéressants ont été obtenus en vue d'applications concrètes.

Thermoplastic olefins (TPO) are polymeric materials produce by blending polypropylene, polyethylene and their copolymers. They are used especially in automotive industry to produce bumpers or as skin layer for interior parts such as dashboard. For this application, the shape of the part is given by thermoforming a grained TPO foil. During the process, the thickness of the foil decrease and the grain can be deformed. Thus the user-perceived quality of the final product doesn’t match with customer’s expectation. The treatment of TPO by electron beam (EB) was chosen in this work to modify some physic-chemical properties and potentially improve the thermoforming of TPO’s foil. A preliminary study concerns the irradiation of a commercial TPO mixture. Changes of mechanical and thermal properties are highlighted after treatment. The thermoformability of foil is improved too. However, the effect of EB on the commercial material is restricted by the degradation of polypropylene and some new formulation need to be developed. For this purpose, two different ways are investigated. In the first formulation, TPO is blended with some concentration of triblock copolymer. In the second, reactive monomers are added in the material. These formulations are irradiated by EB and the effect of the treatment is characterized by different methods (differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, tensile test…). Changes of thermoformability are also evaluated for the developed materials.