Optimisation du procédé de photopolymérisation pour l'élaboration de matériaux composites épais à matrice époxyde.

Optimization of the photopolymerization process for the elaboration of thick epoxy composite materials

• Auteur / Autrice : Cyrielle Ibanez
• Direction : Laurence Lecamp, Philippe Lebaudy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 22/11/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Polymères, biopolymères, surfaces (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1974-...)
• Jury : Président / Présidente : Michel Grisel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire-Hélène Brachais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Joly-Duhamel, Céline Croutxé Barghorn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réfractométrie

Lumière -- Diffusion

Photopolymérisation

Résines époxydes

Composites polymères

Mots clés libres

Photopolymérisation cationique

Diffusion de la lumière

Indice de réfraction

Photocomposite

Cationic photopolymerization

Light scattering

Refractive index

Photocomposite

Résumé

Le procédé de photopolymérisation a été optimisé en vue de l’élaboration de matériaux composites à matrice époxyde épais (> 1 mm) via un mécanisme cationique. L’étude des cinétiques de photopolymérisation de deux résines époxydes (glycidyl éther et cycloaliphatique) a montré que l’ajout d’un renfort de microsphères de silice induit un gradient de conversion dans l’épaisseur du matériau en raison d’un phénomène d’absorption et/ou de diffusion de la lumière, ce dernier étant d’autant plus important que l’écart d’indice de réfraction entre la charge et la matrice est élevé. Cependant, cette hétérogénéité de conversion a pu être compensée par une réaction de postpolymérisation à température ambiante. Une analyse des propriétés mécaniques a ensuite montré qu’il est possible d’obtenir par photopolymérisation des matériaux composites épais réticulés de façon homogène et dont la rigidité est augmentée par la présence du renfort. Enfin, la stratégie d’égalisation des indices de réfraction de la charge et de la matrice, couplée à une photopolymérisation cationique frontale induite par voie radicalaire (RICFP), ouvre des perspectives intéressantes en vue de l’élaboration de photocomposites de plusieurs centimètres d’épaisseur en appliquant uniquement un stimulus lumineux.

The photopolymerization process has been optimized for the elaboration of thick epoxy composite materials (> 1 mm) through a cationic mechanism. The study of the photopolymerization kinetics of two epoxy resins (glycidyl ether and cycloaliphatic) has shown that the addition of a silica microsphere reinforcement induced conversion gradient in the material thickness, resulting from a light absorption and/or scattering phenomenon. The light scattering is all the more important as the refractive index gap between filler and matrix is high. However, this conversion heterogeneity has been compensated by a postpolymerization reaction at room temperature. Then, the analysis of the mechanical properties has shown that it was possible to obtain thick composite materials homogeneously crosslinked and whose rigidity was increased by the presence of the filler. In addition, the strategy of equalizing the filler and matrix refractive indices, coupled with the radical induced cationic frontal polymerization (RICFP) opens interesting perspectives for the development of photocomposites several centimeters thick using only a light stimulus.