 Zair Latifa Comportement thermomécanique des composites à base

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1  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) Décembre 2015 Comportement thermomécanique des composites à base de polymères et de cristal liquide E7  Zair Latifa

2 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.

3 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)

4 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.

5 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

6 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 g/cm3 Indice de réfraction à 1.4510

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

8 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

9 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

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

11 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

12 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

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

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

15 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

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

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

18 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

19 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.

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

21 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

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

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

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

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

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

27 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

28 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

29 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.

30 Merci de Votre Attention