20/11/2012- Soutenance de thèse de Sophie Versavaud

Sophia VERSAVAUD soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Mise en forme des thermoplastiques renforcés par des nanotube de carbone : Application à la microinjection de Polyamide 12

Le 20 novembre 2012 à 9 heures 30 - Amphi Esquillan

Arts et Métiers ParisTech 151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris

Directeur de thèse : Gilles REGNIER

Co-encadrement de thèse : Michel VINCENT

Jury

M. Abdesselam DAHOUN, Professeur, Institut Jean Lamour, Nancy Université, Rapporteur

M. Philippe POULIN, Directeur de Recherche CNRS, CRPP, Université de Bordeaux, Rapporteur

M. Jinbo BAI, Directeur de Recherche CNRS, MSSMat, Ecole Centrale de Paris, Examinateur

M. Nour Eddine EL BOUNIA, Manager, Canbio, Université de Pau et Pays de l'Adour, Examinateur

M. Gwénael GOUADEC, Maître de Conférences, LADIR, Université Pierre et Marie Curie, Examinateur

 

Résumé

L’addition de nanotubes de carbone multiparois (MWNT) dans une matrice de polyamide 12 (PA 12), électriquement isolante, permet d’augmenter les propriétés électriques vers un comportement conducteur. Cette modification est influencée par l’arrangement des MWNT en chemins de conduction qui permettent le transfert des charges électriques entre deux électrodes. La conductivité électrique des nanocomposites isotropes atteint une valeur asymptote (~10-2 S.m-1) pour des teneurs supérieures à 1,2% en masse (seuil de percolation électrique). En microinjection, les nanocomposites sont soumis à des taux de cisaillement très élevés (~104 s-1) et des gradients de températures extrêmes, qui conditionnent fortement la microstructure et les propriétés électrique de pièces mises en forme par ce procédé. Cette thèse a eu pour but d’expliquer l’influence de la vitesse de cisaillement et la vitesse de refroidissement sur l’évolution des propriétés électrique du nanocomposite PA12/MWNT. L’analyse de ces propriétés a permis de déduire à l’état fondu l’évolution de l’arrangement de MWNT dans cette fenêtre de conditions. Dans les pièces microinjectées, nous constatons une perte complète du comportement conducteur dans la direction normale au plan d’écoulement et une chute de la conductivité dans les directions d’injection et transverse. Ces faits suggèrent alors un arrangement en forme d’agrégats faiblement orientés dans le plan d’écoulement, qui est corroboré par la très large distribution d’orientation déterminé par l’analyse en spectroscopie Raman des pièces micro-injectées. Lors du procédé de microinjection, les agrégats de MWNT seraient alors cassés dans des agrégats plus petits, mais fortement déconnectés les uns des autres expliquant ainsi la chute des propriétés électriques mais aussi l’enregistrement d’une microstructure quasi isotrope à l’échelle macro et micro.

 

Mots Clés : Nanotubes de Carbone, nanocomposites, Microinjection, Microstructure induite, Permittivité électrique, Conductivité électrique, Spectroscopie Raman,

 

Abstract

Multi-walled carbon nanotubes (MWNT) added to a polymer matrix of polyamide 12, an electrical insulator, brings to a conductor behavior improving of electrical proprerties. Then MWNT arrangement would allow conduction pathways formation and electrical charge path through the material. Electrical conductivity on isotropic nanocomposites may reach an asymptotic value (~10-2 S.m-1) for MWNT content above 1.2 weight % (percolation threshold). Microinjection molding imposes (requires) high shear rates (~104 s-1) as well as severe temperature gradient leading to specific microstructure of the nanocomposite from which depends electrical properties. Experimental work was dedicated to understand, on melt state, the evolution of MWNT arrangement by couple recording of rheological and electrical properties under particular shear rates and freezing conditions. Then electrical conductivity is tested on microinjected samples which reveal a total loss of conduction pathways according to the normal direction to the flow plane. Moreover conductivity went slightly down on injection and transversal direction compared to isotropic samples. The results suggest an arrangement of MWNT on flow plane plus a weak orientation through injection direction which is confirmed by a wide orientation distribution determined in Raman spectroscopy analyses. Then, during microinjection molding, MWNT aggregates would be broken into smaller ones unconnected which would explain a general loss of electrical properties and a practically isotropic microstructure on macro and micro scale.

 

Key words : Carbon nanotubes, nanocomposites, microinjection molding, microstructures, Electric conductivity, electric permittivity, Raman spectroscopy

 

 

Groupe(s) de recherche lié(s): 
Polymères & Composites