Fundamental aspects and preparation of silicone foams by CO2 foaming processes

par Thibaud Métivier

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Philippe Cassagnau.

Soutenue le 21-03-2018

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (laboratoire) .

Le président du jury était Véronique Bounor.

Le jury était composé de Philippe Cassagnau, François Ganachaud, Nicolas Garois.

Les rapporteurs étaient Edith Peuvrel-Disdier, Jérémie Soulestin.

  • Titre traduit

    Aspects fondamentaux et élaboration de mousses silicone via des procédés de moussage au CO2


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l’étude du comportement au moussage d’un élastomère silicone et de thermoplastiques vulcanisés (TPV) à base de silicone. Le moussage a été réalisé à l’aide des procédés batch et d’extrusion moussage en utilisant le CO2 comme agent moussant. Lamicrostructuration de fluorosilicone, ayant une grande affinité avec le CO2, dans la silicone favorise grandement le moussage par nucléation hétérogène. La morphologie du mélange et des mousses résultantes ainsi que la rhéologie en cisaillement et en écoulement biélongationnelont été améliorés en élaborant sous cisaillement des structures branchées de chaines silicones en présence d’un faible taux de peroxyde. En effet, la modification chimique sous écoulement permet de réduire la taille des nodules de fluorosilicone augmentant ainsi la densité volumique de sites de nucléation potentiels. Elle permet également de créer des structures hyperbranchées générant des propriétés de durcissementdes contraintes en écoulement bi-élongationnel ce qui a pour effet de réduire la croissance cellulaire et la coalescence lors de l’expansion de la mousse.La deuxième partie est dédiée à l’étude du moussage de TPV silicone pour lesquels la phase silicone est partiellement réticulée. Ces TPV ont étonnement le même comportement en rhéologie élongationnelle que la matrice polyéthylène basse densité (PEBD). Bien que les TPVs atteignent des bonnes propriétés en termes d’élongation à rupture à l’état fondu, leur comportement au moussage est très différent. En effet il est principalement lié à leur viscosité sous fort taux de cisaillement ainsi qu’aux conditions d’extrusion i.e. la pression avant filière et la détente en sortie de filière. Avec un taux de réticulation approprié de laphase élastomère, le TPV mousse de manière similaire que le PEBD


  • Résumé

    This work is devoted to the study of the foaming behavior of a silicone elastomer and thermoplastic vulcanizates (TPV) based silicone. The foaming step was carried out by batch and extrusion foaming processes with CO2 as blowing agent. The foamability of silicone elastomer was improved by a microstructuration of fluorosilicone which is a highly CO2-philic elastomer through heterogeneous nucleation. The foam and blend morphologies as well as the rheology in shear and bi-elongation modes were further fitted by branching silicone chains under shearing conditions in a roll mill with a small amount of peroxide. Indeed, this dynamic chemical modification reduces the size of fluorosilicone droplets which leads to increase the volume density of nucleating sites and consequently lowers the mean bubble size. Furthermore, it allows also the formation of multi-scale branched structures inducing a strain hardening behavior in bi-elongational flow which restrict the cell growth and coalescence during foam expansion.The second part deals with the foaming behavior of TPV silicone in which partially crosslinked silicone nodules are dispersed. Surprisingly, formulations exhibit close rheological behavior in elongation modes that the neat polyethylene (LDPE) matrix and reach prerequisites for foaming applications in terms of elongation at break. However, their foaming behavior are far different and are correlated to the extrusion foaming parameters which are known to control the nucleation i.e. the pressure before the die and the depressurization rate at the die exit. A proper choice of the gel content allows a TPV foamability close to that of LDPE


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