Influence de la formulation et la microstructure sur les propriétés finales de polymères hautes performances chargés

Influence of formulation and microstructure on the final properties of filled high performance polymers

• Auteur / Autrice : Carine El Khoury
• Direction : Jean-Charles Majeste
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et sciences de matériaux
• Date : Soutenance le 12/01/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Nadia Bahlouli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Melinda Desse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Régnier, Sophie Bistac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Charges

Analyse mécanique dynamique

Polymères

Noir de carbone

Silice

Polytétrafluoréthylène

Mots clés libres

PTFE

Polytétrafluoroéthylène

Silice

Noir de carbone

Polymères hautes performances

DMA

Analyse mécanique dynamique

Frittage

Charges

PEEK

Polyétheréthercétone

PTFE

Polytetrafluoroethylene

Silica

Carbon black

High performance polymers

DMA

Dynamic mechanical analysis

Sintering

Fillers

PEEK

Polyetheretherketone

Résumé

Polytetrafluoroethylene (PTFE), classifié comme un polymère haute performance, est appliqué dans des conditions spécifiques grâce à ses propriétés intéressantes comme sa température de fusion élevée, sa résistance chimique, son faible coefficient de friction… Cependant, le PTFE présente des points faibles au niveau des propriétés tribologiques. Pour remédier à ceci, le PTFE est mélangé avec de la charge ou d’autres polymères. De plus, à cause de sa viscosité élevé (entre 1010 and 1012 P) et sa température de transformation élevé (330 – 350°C), le PTFE ne peut pas être modifié avec les moyens de transformations classiques (injection ; extrusion…), donc les seuls procédés utilisables pour le PTFE non-modifié sont le frittage et la RAM extrusion. Dans le temps, le comportement cristallin du PTFE vierge a été le centre d’intérêt de différentes études, cependant il est difficile de trouver le comportement rhéologique et l’influence de la microstructure sur les propriétés mécaniques sur du PTFE vierge et chargé. Dans ce travail, notre but est de comprendre l’impact de la taille et la nature de la charge sur les propriétés mécaniques finales notamment en analyse dynamique (DMA non-linéaire. Les résultats ont montré que la modification de la formulation et/ou le procès converge vers des propriétés différentes dans le comportement mécanique. Il semblerait que la clé du comportement est dans le taux de cristallinité (taux ; taille et arrangement cristallin).

Polytetrafluoroethylene (PTFE), classified as a high performance polymer, is mainly used for critical condition applications due to its specific properties i.e. high melting temperature, chemical resistance, low friction coefficient... However, PTFE presents a weak point concerning its tribological behaviour (wear resistance), therefore it needs to be mixed with a filler or another polymer [1] in order to reach the necessary properties for certain applications. In addition to that, due to its high viscosity (between 1010 and 1012 P) and its high processing temperature (330-350°C) [2], PTFE cannot be processed in the classical ways (injection, extrusion…). Thus, the only processes that can be used, for un-modified PTFE, are the sintering and RAM extrusion. Through time, the crystalline behaviour of neat PTFE was the main interest of many studies, yet it is hard to find studies showing its rheological behaviour and the influence of the microstructure especially the crystalline phase on the visco-elastic properties of neat and filled PTFE, typically dynamic mechanical analysis in the linear and non-linear domain. In this work, our aim is to understand the impact of the size and nature of the filler on the properties of the PTFE has also been investigated. Results have shown that all the tested parameters lead to differences in the mechanical and visco-elastic answers of the PTFE systems (neat, composites). It seems that the key factor between the mechanical properties and the microstructure remains the behaviour of the crystalline phase (size, quantity and arrangement of the crystals).