Polyoléfines hybrides autoréparantes pour application automobile

Hybrid polyolefines with self-healing property for vehicle application

• Auteur / Autrice : Mariette Lafont de Sentenac
• Direction : Laurence Rozès, Lionel Nicole
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 01/03/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Delalande
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Grégory Stoclet, Élodie Bourgeat-Lami

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Innovations technologiques

Réticulation (polymérisation)

Effet mémoire de forme

Polyoléfines

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Matériaux hybrides

Auto-réparation

Polymère

Mémoire de forme

Réseaux dynamiques

Polymer

Self-Healing

Hybrid materials

Shape memory

Dynamic networks

Résumé

Depuis plusieurs années, les constructeurs automobiles sont engagés dans une réduction drastique de l'empreinte environnementale de leur système de production et de leurs véhicules. Les matériaux plastiques, représentant plus de 250 kg de la masse d'un véhicule, sont adaptés à de nombreuses applications et permettent à des coûts raisonnables de répondre à une partie des attentes consuméristes et des directives Européennes. Néanmoins, bien que théoriquement recyclables pour les thermoplastiques ou revalorisables pour les thermodurcissables, leur intégration dans des filières de recyclage ou de revalorisation reste compliquée du fait de la difficulté du tri et de la séparation des constituants de ces matériaux. Ainsi, rendre les polymères autoréparants permettrait d'augmenter leur durée de vie et de limiter la quantité de déchet. L'avènement des polymères ayant des propriétés dynamiques, tels que les ionomères ou les vitrimères est un des leviers possibles pour répondre à ce besoin. Ils sont constitués de liaisons réversibles, capables d'être rompues et reformées à l'application d'un stimulus, induisant des propriétés telles que la propriété de mémoire de forme, de réparation ou de dissipation d'énergie mécanique. Pour l'industrie automobile, les polyoléfines sont les polymères les plus utilisés (60% des matériaux plastiques). Ce projet a donc été consacré à l'élaboration de polyoléfines composites dans lesquelles les points de réticulation réversibles sont des particules de silice, fonctionnalisées par des liaisons ioniques dynamiques. Ce réseau de réticulation dynamique leur apporte les propriétés recherchées de réparation thermostimulée, de stabilité dimensionnelle sur une large gamme de température, tout en préservant les propriétés intrinsèques telles que le module d'Young, la contrainte à la rupture ou encore le taux de cristallinité.

Over the past several years, car manufacturer have been commited to reducing the environmental footprint of their production systems and vehicles. Plastics, representing more than 250kg of the vehicle mass, are suitable for many applications and for reasonable costs, they can meet some of the consumer expectations, as well as European directives. However, although theoretically recyclable for thermoplastics or upgradeable for thermosets, their integration into recycling channels is an issue as the different constituents can not be easily separated. Therefore, making plastics with self-healing property would increase there lifetime and by extention, the reparability of vehicles. Dynamic materials, such as ionomer or new vitrimer-type materials, are one of the possible key to meet this need. They contain reversible bonds that can be broken and reformed under a certain stimuli inducing properties such as shape memory, self-healing or mechanical energy dissipation. For automotive industry, polyolefins are the most widely used polymers (60% of plastic materials). Therefore, this project aims to create permanent 3D networks with self-healing properties. By introducing inorganic particles functionnalized with dynamic ionic bonds in polyolefin, it was found that chains were reversibly crosslinked at the organic-inorganic interface providing healing ability by thermal stimulation, while maintaining the material shape and intrinsic properties such as Young's modulus, ultimate tensile strenght and cristallinity.