Évaluation du potentiel d’un polymère bio-sourcé, PA11, pour applications piézoélectriques

Evaluation of the potential of bio-sourced polyamide 11, for piezoelectric applications

• Auteur / Autrice : Maxime Lévêque
• Direction : Marie-France Lacrampe, Christian Courtois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Technologie des Polymères et Composites et Ingénierie Mécanique - Laboratoire des matériaux céramiques et procédés associés (Maubeuge, Nord ; 1998-2021)
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux piézoélectriques

Matériaux nanostructurés

Silicates

Polymorphisme (cristallographie)

Biopolymères

Polyamides

Mots clés libres

Composites polymères-Argile

Récupération d'énergie

Résumé

Les développements récents des applications d’électronique portable demande de plus en plus l’utilisation de systèmes de récupération d’énergie à partir de sources environnantes de basse énergie. La conversion piézoélectrique à partir de sources vibratoire pourrait être un moyen intéressant pour l’alimentation électrique de petits systèmes. Dans ce travail, nous investiguons les potentialités de films de polymère bio-sourcé à base de polyamide 11 (PA11). Dans un premier temps, les effets de traitements physiques ou chimiques sur le développement des phases cristallines du PA11 ont été longuement étudiés. Dans un deuxième temps, des nano-argiles ont été utilisées comme modificateurs de structure dans la matrice PA11. Des nanocomposites de PA11/argile ont été réalisés en utilisant des argiles en feuillets et en nanotubes par extrusion. L’effet de ces argile n’est pas significatif sur la qualité structurale des composites obtenus. L’ajout d’argile en feuillets (cloisite 20A, cloisite 10A et cloisite Na+)conduit à une amélioration des caractéristiques mécaniques alors que l’ajout de silicates tubulaires (nanotubes d’halloysite) n’a pas d’effet significatif. Parmi tous les nanocomposites préparés, le nanocomposite chargé de Cloisite Na+ a montré la meilleure propriétés piézoélectriques. Il semble que la polarité plus élevée de la Cloisite Na+ puisse être à l’origine de la meilleure réponse à la polarisation de ces composites. Une méthode spécifique de quantification de la récupération d’énergie vibratoire a été développée pour ces composites polymères/argile. Les capacités de récupération d’énergie par vibration ont été étudiées sur l’argile PA11 chargée de Cloisite Na+.

In the last few years it has been an increasing demand for the elaboration of flexible energy conversion sources due to the rapid increase in the usage of portable electronic devices. The piezoelectric conversion from vibration sources could be an interesting way to charge small systems. In this work, we investigate the potential of bio-based polyamide 11 (PA11) polymer films. At first, the effect of physical and chemical treatments on the development of crystalline phases in polyamide 11 has been thoroughly investigated. In a second step, nanoclays have been used as structural modifiers in PA 11 matrix. Nanocomposites were prepared using layered and tubular clays by melt-blending process and it was found that addition of layered silicates (cloisite 20A, cloisite 10A and cloisite Na+) results in an increase in mechanical properties, while the addition of tubular silicates (halloysite nanotube) has no significant effect. Addition of clay is not significant on the structural quality of the obtained nanocomposites. PA11 nanocomposite loaded with Cloisite Na+ have shown the best piezoelectric properties. It appears that the higher value of the polarity of Cloisite Na + may be responsible of the best answer to the polarization of the composites. A specific method for the quantification of energy vibration recovery has been developed for these nanocomposites. The capabilities of vibrational energy recovery were studied on PA11 loaded with Cloisite Na+.