 Zair Latifa Comportement thermomécanique des composites à base REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE 5ème Séminaire National sur les Polymères (SNP-5) 02-03 Décembre 2015 Comportement thermomécanique des composites à base de polymères et de cristal liquide E7  Zair Latifa

Plan de travail INTRODUCTION Comportement thermomécanique des composites à base de polymères et cristal liquide E7 INTRODUCTION Plan de travail Introduction Généralités sur les matériaux composites Polymères/Cristaux liquides Matériaux et techniques de caractérisation Matériaux utilisés, élaboration des films Techniques d’analyses expérimentales Comportement thermomécanique des films PDLCs Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Conclusion et Perspectives Systèmes PDLCs (Polymer Dispersed Liquid Crystals) Comprendre le comportement thermomécanique des PDLCs Application des modèles de la théorie d’élasticité caoutchoutique sur les résultats expérimentaux.

Mélange cristal liquide-polymère Généralités sur les matériaux Polymères/Cristaux liquides Systèmes PDLCs Mélange cristal liquide-polymère Composite Polymère/Cristal liquide Systèmes PDLCs Polymères réticulés dispersés dans une phase de cristal liquide (PNLC) Gouttelettes de cristal liquide dispersées dans une matrice polymère (PDLC)

Généralités sur les matériaux Polymères/Cristaux liquides Préparation des films PDLC Microencapsulation Séparation de phases Le système commence par une solution hétérogène contenant le cristal liquide et le polymère. Le système commence par un mélange homogène contenant le cristal liquide et le polymère.

Généralités sur les matériaux Polymères/Cristaux liquides Séparation de phases TIPS SIPS PIPS Polymère + CL Polymère + CL Polymère + CL Agitation Chauffage Solvant Solution homogène Solution homogène Solution homogène évaporation Polymérisation Refroidissement Séparation de phases Formation de gouttelettes Fin de séparation PDLC

Matériaux et techniques de caractérisation Tripropylène glycol diacrylate (TPGDA) Produit par Gray Valley de France Propriétés physiques Valeurs Point d’ébullition 109 °C à 0.3 mBar Point de solidification -60 °C Température d’inflammation 225 °C Température de transition vitreuse 62 °C Viscosité à 10.5 – 15 mPa.s Densité à 1.0355 g/cm3 Indice de réfraction à 1.4510

Matériaux et techniques de caractérisation Propoxylène-glycéryl- triacrylate (GPTA) Produit par Gray Valley de France CH2 CH3 O CH

Matériaux et techniques de caractérisation Cristal liquide E7 4-cyano-4’-n-pentyl-biphényle (K15, 5CB) 4-cyano-4’-n-heptyl-biphényle (K21, 7CB) 4-cyano-4’-n-octyloxy-biphényle (M24, 8OCB) 4-cyano-4’’-n-pentyl-p-terphényle (T15, 5CT) Composition du mélange nématique E7 Formule chimique du cristal liquide 5CB

Matériaux et techniques de caractérisation Elaboration des films: Rayonnement UV: Lampe PHILIPS TL08 Primarc Minicure MC4-300 Sortie de l’échantillon Lampe UV Entrée de Convoyeur

Bombardement électronique EB: Matériaux et techniques de caractérisation Bombardement électronique EB: Bombardement électronique Monomère/ Cristaux liquides Matériaux irradiés  CB 150 Electrocurtain

Matériaux et techniques de caractérisation Techniques expérimentales: Traction uniaxiale: Instron 6022 E : Module de Young Lambda Contrainte L0=15mm L l=4mm e=0.1mm T =20 °C V =1 mm/min F=100 N

Matériaux et techniques de caractérisation Analyse mécanique dynamique Fréquence = 1 rad/s Vchauf = 2 °C/min -100 < T < 100 °C Le signal de déformation Le signal de contrainte Le module de conservation E’ Le module de perte E’’ Le facteur de perte

Matériaux et techniques de caractérisation Spectroscopie UV-Visible L’absorbance est définie par La transmittance est définie par Spectrophotometer PRO UV1200-PC

Matériaux et techniques de caractérisation Microscopie optique à lumière polarisée Obtenir la morphologie des films TPGDA/E7 et GPTA/E7

Matériaux et techniques de caractérisation La densimétrie Coupelle de suspension Le pont Etier placé sur le plateau Plongeur Affichage Bécher Liquide auxiliaire Solide sec Principe de la détermination de la densité Facteurs influant sur la densité volumique: Température Poussée de l’air Profondeur d’immersion du porte-pierre Tension superficielle du liquide Bulles d’air

Comportement thermomécanique des films PDLCs Propriétés dynamiques Films TPGDA/E7 élaborés par UV et EB

Comportement thermomécanique des films PDLCs Module plateau caoutchoutique et la Tg des films TPGDA/E7 E’ , Tg Effet de plastification

Comportement thermomécanique des films PDLCs Spectres viscoélastiques des films GPTA/E7 élaborés par EB Module plateau et la Tg des systèmes TPGDA/E7 et GPTA/E7 élaborés par EB

Comportement thermomécanique des films PDLCs Estimation de la température de transition vitreuse du mélange L'équation de Fox : L'équation de Gordon-Taylor : wi : fraction massique du polymère i K: constante empirique. L'équation de Kwei : q jouant le rôle d'un paramètre d'interaction. kkw est un paramètre évalué à partir des données expérimentales.

Comportement thermomécanique des films PDLCs Prédictions théoriques des modèles de Gordan Taylor et Kwei Prédictions théoriques du modèle de Fox

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Modèle du réseau affine : Masse moléculaire moyenne entre nœuds de réticulation: Modèle fantôme : Modèle de Mooney et Rivlin: 2(C1 +C2) : une approximation du module aux faibles déformations

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Application du modèle affine sur les films TPGDA/E7 élaborés par UV et EB

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Application de modèle de Mooney et Rivlin sur les films TPGDA/E7

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Application des modèles affine et fantôme sur les films GPTA/E7 élaborés par EB

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Masse moléculaire moyenne entre nœuds de réticulation des films GPTA/E7 et TPGDA/E7

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Masse moléculaire moyenne entre nœuds de réticulation des films GPTA/E7 (Modèles affine et fantôme)

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Corrélation entre le gonflement et la théorie d’élasticité caoutchoutique Le taux de gonflement Le module élastique est corrélé avec le taux de gonflement à l’équilibre . Avec : Les valeurs de a égales à 2.25, 3 et  pour un bon solvant, solvant q et un mauvais solvant. n étant l’exposant de gonflement

CONCLUSION ET PERSPECTIVES Effet de la concentration : module plateau caoutchoutique  % en E7 Effet de plastification Tg polymère A des concentrations < 30 % Systèmes TPGDA/E7 EB sont les plus rigides. A des concentrations > 30 % un effet renfort des systèmes TPGDA/E7 EB est présent pour des températures au dessous de - 62 °C

CONCLUSION ET PERSPECTIVES Les systèmes GPTA/E7 élaborés par EB possèdent des meilleures propriétés mécaniques avec une densité de réticulation plus importante. Un bon accord de modèle affine d’élasticité caoutchoutique avec les résultats expérimentaux des films TPGDA/E7. Evolution des propriétés statiques en fonction de la température. Etude de gonflement dans d’autres solvant en fonction de la température, avec des réseaux contenant le cristal liquide. Détermination de diagramme de phases lors de gonflement.

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