Etude des aspects fondamentaux liés à l’élaboration d'un TPV du type PP/EPDM

by Grégory Martin

Doctoral thesis in Sciences. Matériaux polymère et composite. Matériaux Innovants

Under the supervision of Philippe Cassagnau and Claire Barrès.

defended on 2008

in Lyon 1 .

Alternative Title

Study of the fundamental aspects involved in the elaboration of PP/EPDM thermoplastic vulcanizates such as the Végaprène®

Abstract

This work focuses on the study of the fundamental aspects involved in the elaboration of a thermoplastic vulcanizate (TPV) commercialized by the Hutchinson company. The specific mechanical properties of a TPV, especially in the case of PP/EPDM blends, are directly linked to its structure and morphology, which are both correlated to the competition between the crosslinking reaction and the blending action. This complex correlation leads to a synergy of the processing properties of the thermoplastic, combined with the elasticity of the crosslinked elastomer. Thus, first, we modeled the molecular networks of various crosslinked and plasticized EPDM in order to determine with precision their exact structure in fonction of the concentration of crosslinking agent used. We then studied the mechanism of long-time relaxation which is the source of the elastic strain recovery mechanism. An exhaustive morphological study was then undertaken on blends made of uncrosslinked EPDM, showing that they can, under some precise conditions, present a surprising elastic strain recovery due the presence of a physical network induced by a very particular co-continuous morphology. Moreover, the presence of silica nanoparticles leads to the improvement of this recovery. Finally, we studied the mechanisms of dispersion of pre-crosslinked EPDM samples in a molten PP phase, which allowed us to conclude on the importance of the proportion of both phases and on the influence of the gel fraction on the quality of the dispersion of the elastomeric phase. In fine, beyond a gel fraction of 0. 7, the dispersion of the elastomer is rough and leads to a coarse and heterogeneous morphology, literally ruining such blend mechanical properties

keywords

• Thermoplastiques
• Composites thermoplastiques -- Structures virales
• Composites thermoplastiques -- Roches, Mécanique des
• Élastomères

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur l’étude des aspects fondamentaux liés à l’élaboration d’un thermoplastique vulcanisé (TPV) commercialisé par la société Hutchinson. Les propriétés mécaniques spécifiques des TPV, en particulier dans le cas des mélanges PP/EPDM, sont directement liées à la structure et à la morphologie du mélange, corrélées elles mêmes à la compétition entre la réaction de réticulation et l’action de mélange. Cette corrélation complexe donne lieu à une synergie des propriétés de mise en oeuvre du thermoplastique combinées à l’élasticité de l’élastomère réticulé. Dans un premier temps, nous avons modélisé les réseaux moléculaires d’EPDM plastifiés et réticulés afin de déterminer avec précision leur structure exacte en fonction de la concentration d’agent réticulant utilisé. Nous avons ensuite étudié le mécanisme de relaxation aux temps longs à l’origine du mécanisme de recouvrance élastique. Une étude morphologique exhaustive a ensuite été menée sur des mélanges à base d’EPDM non réticulé, montrant qu’ils peuvent, dans certaines conditions, présenter une recouvrance élastique surprenante due la présence d’un réseau physique induit par une morphologie co-continue très particulière. La présence de silice conduit de plus à une amélioration de cette recouvrance. Enfin, nous avons étudié les mécanismes de dispersion d’échantillons d’EPDM (préalablement réticulés) dans une phase fondue de PP, ce qui a permis de conclure quant à l’importance de la proportion des phases et à l’influence du taux d’insolubles sur la qualité de la dispersion de la phase élastomère. In fine, au-delà d’un taux d’insoluble de 70% dans la phase élastomère, seule une morphologie grossière et non homogène peut être obtenue, atrophiant de ce fait les propriétés mécaniques des dits mélanges