Academic literature on the topic 'Élastomères – Renforcement'

Les élastomères silicone possèdent de remarquables caractéristiques thermiques. Il est cependant nécessaire de les formuler pour optimiser leurs propriétés mécaniques et dynamiques. L’objectif de cette thèse est donc le renforcement des silicones. Des charges minérales, telles que la silice, sont le plus souvent utilisées pour améliorer les caractéristiques de ces polysiloxanes via des interactions physiques. L’étude approfondie du comportement mécanique et thermique de nanocomposites silicone, nous a permis de comprendre les mécanismes d’amélioration de ces propriétés. L’utilisation de nanocharges hybrides organiques/inorganiques nous a permis de développer un nouveau mode de renforcement du silicone impliquant la création de liaisons covalentes entre la nanocharge et la matrice. La modification de nanocharges par hydrosilylation permet d’optimiser considérablement la dispersion de celles-ci et d’augmenter la densité de réticulation du silicone. Nous montrons dans ce projet qu’il est possible d’améliorer simultanément la tenue au vieillissement thermique aérobie et anaérobie, de réduire l’effet Payne, et d’augmenter le module élastique de silicones chargés. Ce nouveau mode de renforcement est un levier qui permet de multiplier les applications pour des mélanges silicone aux très bonnes propriétés thermiques, mécaniques et dynamiques
Silicon rubbers exhibit very good thermal properties. Unfortunately, their mechanical properties are too weak and must be improved. Silica minerals are generally used to improve the silicon matrix properties via physical interactions. The aim of this work is to understand and improve the silicon rubbers physical behavior by using nanofillers. In depth studies of mechanical behavior and thermal degradation of silicon nanocomposites allowed us to well-understand reinforcement mechanisms. Thanks to hybrid organic/inorganic nanoparticles, we managed to increase the rubber’s crosslink density and to improve the dispersion of nanofillers in the matrix blends. Chemical modifications through hydrosilylation reaction and morphological modifications of these particles, allowed us to enhance significantly the thermal, mechanical and dynamic properties of silicon rubbers. In this work, we have found a new way of reinforcement by creating covalent bonds between tailored nanofillers and the silicon rubber matrix. This new way of reinforcement of silicon rubber properties allows simultaneously improving thermal behavior, reduce Payne effect, and increase elastic modulus

L'ajout de charges (agrégat de taille submicronique) dans une matrice élastomère apporte des propriétés physiques qualitativement différentes de celles de la matrice pure : module complexe dépendant de la température, forts effets non linéaires, forte dissipation... Ces propriétés sont liées à la nature de la matrice et des charges, à leur fraction volumique, et enfin à la force des interactions charge / matrice. Nous présentons d'abord les différents systèmes et la caractérisation de leurs propriétés mécaniques, de façon à clarifier le rôle des différents paramètres.La cristallisation sous traction du caoutchouc naturel a un effet important sur ses propriétés mécaniques. Nous l'avons donc mesurée quantitativement dans chacune des formulations. Nous montrons que le taux de cristallisation à la rupture est toujours de l'ordre de 13%. La nature de l'interface silice / matrice a un effet sur les propriétés mécaniques mais pas sur la cristallisation. Nous avons ensuite étudié le comportement en traction simple d'échantillons pré-entaillés. Nous montrons que la plus grande résistance à la propagation d'entaille du caoutchouc naturel renforcé est corrélée à la présence d'instabilités de propagation (rotation d'entaille). Les mécanismes physiques à l'origine de la rotation d'entaille ne sont pas compris. Nous décrivons la dynamique de propagation des rotations à différentes échelles, et les caractéristiques des rotations.La combinaison de la cristallisation induite et de la présence des charges induit dans le matériau une très grande anisotropie qui pourrait être à l'origine des rotations.

L'ajout de charges (agrégat de taille submicronique) dans une matrice élastomère apporte des propriétés physiques qualitativement différentes de celles de la matrice pure : module complexe dépendant de la température, forts effets non linéaires, forte dissipation... Ces propriétés sont liées à la nature de la matrice et des charges, à leur fraction volumique, et enfin à la force des interactions charge / matrice. Nous présentons d'abord les différents systèmes et la caractérisation de leurs propriétés mécaniques, de façon à clarifier le rôle des différents paramètres.La cristallisation sous traction du caoutchouc naturel a un effet important sur ses propriétés mécaniques. Nous l'avons donc mesurée quantitativement dans chacune des formulations. Nous montrons que le taux de cristallisation à la rupture est toujours de l'ordre de 13%. La nature de l'interface silice / matrice a un effet sur les propriétés mécaniques mais pas sur la cristallisation. Nous avons ensuite étudié le comportement en traction simple d'échantillons pré-entaillés. Nous montrons que la plus grande résistance à la propagation d'entaille du caoutchouc naturel renforcé est corrélée à la présence d'instabilités de propagation (rotation d'entaille). Les mécanismes physiques à l'origine de la rotation d'entaille ne sont pas compris. Nous décrivons la dynamique de propagation des rotations à différentes échelles, et les caractéristiques des rotations.La combinaison de la cristallisation induite et de la présence des charges induit dans le matériau une très grande anisotropie qui pourrait être à l'origine des rotations
The subject of this PhD thesis is the resistance to tear of reinforced elastomers. The general context of this work is related to the performances of reinforced elastomers, specifically silica reinforced natural rubber, as regards various usage properties : wear of tyre tread, fatigue and tear resistance of tyre flanks, etc. Wear and fatigue mechanisms are very complex. This PhD thesis is a first step towards understanding these mechanisms. We focussed on the parameters which control ultimate properties (resistance to failure, resistance to tear propagation) of uniaxially stretched samples. Reinforced elastomers are nanocomposite materials made of an elastomer matrix in which submicrometric filler particles or aggregates are dispersed. Adding fillers considerably enhances usage properties, specifically ultimate properties. Mechanical and physical properties qualitatively different from those of the pure elastomer matrix are induced: a strongly temperature dependent complex modulus, strong non linear effects (Payne effect), large dissipation, hysteresis, plasticity and long time recovery (Mullins effect). The material parameters which have an influence on the properties are: the nature of the elastomer matrix (natural or synthetic rubber) and of the reinforcing fillers (carbon black or silica), the volume fraction and dispersion state of the fillers, the nature and strength of interactions at filler-matrix interfaces.This work is an experimental study of the resistance to failure and to tearing of uniaxially stretched samples. The various systems which have been studied are presented first. Their mechanical properties have been characterized in the various regimes of strain amplitude. The various samples have been compared systematically in order to clarify the effect of the various material parameters.Natural rubber crystallizes under strain. This phenomenon is very sensitive to the formulation of the various materials and has a tremendous effect on mechanical and ultimate properties. Thus, we have measured quantitatively the amount of crystallinity induced as a function of the applied strain during elongation cycles and up to sample failure. The influence of the nature and volume fraction of the fillers and of the matrix-filler interfaces has been studied. The crystallinity is close to 13% in all studied materials. In samples filled with silica, the nature of the filler-matrix interactions (covalent coupling vs no coupling) has very little influence on crystallization, whereas it modifies strongly the mechanical properties.Then we have studied the resistance to failure of uniaxially stretched pre-notched test samples. Within a macroscopic approach, we have related the ultimate property (energy density at break) to the various tear propagation modes which are observed. We have studied the effect of temperature and drawing speed. It has been shown that the higher resistance to failure of reinforced natural rubber is related to the appearance of spectacular instabilities of the propagation direction (the so-called ‘tear rotation’). The appearance of tear rotation is specific to pre-notched reinforced natural rubber samples. The physical mechanisms responsible for tear rotation are not yet fully understood. The combination of reinforcement due to fillers and of strain-induced crystallization may lead to a strong anisotropy of the elastic material constant of the material in front of the tear tip, and this might be the driving force for tear rotation. The rotation length has been identified as an important parameter which correlates well to the ultimate properties. The tear propagation is described at various scales. The typical length scales associated to tear rotation which are observed have been related to the material properties

Des silices greffees polyisoprene ont ete synthetisees en vue d'applications dans des domaines tres varies (renforcement des elastomeres, chromatographie, etc. ). Pour acceder a celles-ci, deux voies de synthese ont ete etablies: le greffage d'un polyisoprenyl lithium, prepare par polymerisation anionique de l'isoprene, sur des fonctions organiques reactives du type alkenyle ou chloroalkyle prealablement greffees a la surface d'une silice. La fonctionnalisation de la silice a ete realisee a l'aide d'alkenyl- ou chloroalkyltrialkoxysilanes par condensation des silanols sur les fonctions alkoxysilyle. Le greffage d'un polyisoprene a extremite trialkoxysilyle sur les silanols libres et gemines d'une silice reactive. Cette deuxieme approche a necessite la mise au point d'une procedure de synthese selective du polymere a greffer basee sur la transformation d'un polyisoprenyl lithium en un polymere a extremite trialkoxysilyle par reaction des carbanions polyisoprenyle avec des chloroalkyltrialkoxysilanes ou des tetraalkoxysilanes. Quelle que soit la voie de synthese choisie, les densites de greffage par unite de surface de silice sont comparables. Cependant, la deuxieme solution est plus attrayante car, par rapport a la premiere, elle offre plusieurs avantages significatifs (mise en uvre plus adaptee pour des quantites importantes en silice, purification du polymere fonctionnel, etc. ). Sur le plan applicatif, les silices greffees polyisoprene peuvent etre utilisees en tant que charge pour le renforcement des elastomeres. Les tests realises avec le caoutchouc styrene-butadiene ont mis en evidence que la presence de greffons polyisoprene lies chimiquement a la surface de la silice a des consequences a la fois sur les proprietes de mise en uvre des melanges vulcanisables sbr et les proprietes mecaniques des vulcanisats sbr

L'équation de Guth-Gold permet de représenter avec une très grande précision les courbes contrainte-allongement de vulcanisats préparés par vulcanisation au peroxyde de caoutchouc naturel, ou de SBR contenant des noirs de carbone et de la silice. L’étude systématique du gonflement et l'utilisation de silices désactivées justifie l'hypothèse d'une immobilisation partielle du caoutchouc en surface de la charge active comme responsable de l'essentiel de l'effet de renforcement

Afin d'améliorer les propriétés d'usage des élastomères on leur associe des charges renforçantes telles que les noirs de carbone et les silices. L'objet de ce travail est l'étude des mécanismes de renforcement d'un élastomère, copolymère statistique de styrène et de butadiène (SBR), par des silices de précipitation. Les deux questions examinées plus particulièrement sont l'intensité et la portée de l'immobilisation induite dans le SBR par l'introduction de la silice ainsi que la spécificité des interactions entre la surface de la charge et l'élastomère. Les résultats obtenus par détermination du taux de polymère lié, analyse des propriétés dynamiques-mécaniques et étude du vieillissement physique mettent en évidence l'existence d'une fraction d'élastomère de mobilité segmentaire fortement réduite par la présence de la charge. Elle correspond à une épaisseur de l'ordre de 5 nm. L'analyse enthalpique différentielle et la RMN du solide large bande (1H) montrent qu'une fraction de polymère entourant les particules sur une épaisseur de l'ordre de 1 nm n'est pas détectée au passage de la transition vitreuse, indiquant que ces deux techniques sont moins sensibles que les sollicitations mécaniques à l'immobilisation segmentaire des chaînes. La RMN du solide haute résolution (1H) est appliquée aux systèmes chargés, de manière à mettre en évidence une éventuelle spécificité de l'influence de la silice sur les différents fonctions de la chaîne élastomère. Les groupements pendants apparaissent plus influencés par la présence de la silice que le squelette de la chaîne ce qui peut indiquer une interaction spécifique à distance entre la silice et ces groupements ou bien une réponse différente des groupements à l'introduction de contraintes par la charge. L'étude par microcalorimétrie d'écoulement de l'adsorption de différentes molécules sondes à la surface de la silice montre que l'adsorption en solution de cycles aromatiques est plus favorable que celle des doubles liaisons ce qui est vraisemblablement le cas lors de la mise en œuvre mécanique également. L'utilisation parallèle de techniques globales et moléculaires s'avère non seulement intéressante mais indispensable pour une meilleure compréhension de systèmes aussi complexes que les élastomères chargés.

L'étude des réseaux polyépoxy DGEBA/DDA/BDMA modifiés par des élastomères liquides de type CTBN (ETBN ) a montré que la morphologie finale dépend de la nature, du pourcentage d'élastomère initial et des conditions de mise en œuvre. Des relations entre les caractéristiques morphologiques finales et le niveau de renforcement ont été établies. En effet, l'amélioration des propriétés à la fracture (KIc, GIc) des ces matériaux s'accompagne d'une baisse des propriétés élastiques (module d'Young) et thermiques (Tg) suite à la dissolution d'une partie de l'élastomère dans la matrice. Parallèlement, ces mêmes réseaux ont été modifiés par des particules préformées de type core-shell et des comparaison avec les élastomères Je type CTBN ont été effectuées. Contrairement aux élastomères réactifs liquide la Présence de ces articules n'affecte pas la température de transition vitreuse. Une autre étude a été menée sur des matériaux composites hybrides à base de OGEBA- DDA-BDMA/CTBN et microparticules de verre. La présence du verre compense totalement la perte de propriétés élastique et thermiques (Tg) due à la présence de l'élastomère. De plus, l'interaction entre les champs de contrainte créés autour des microparticules de verre et d' élastomère augmente notablement la résistance à la fracture et un optimum est observé. Dans tous les cas nous avons montré que les propriétés préplastiques, plastiques et à rupture sont étroitement corrélés. Le mécanisme de déformation est du à l'écoulement par cisaillement du réseau favorisé par la présence d'élastomère sous forme dispersée ou dissoute ainsi qu'au mécanisme d'ancrage du front de fissure
The study of a DGEBA/DDA/BDMA system modified by a liquid elastomer such as CTBN (ETBN) has shown that the final morphology depends on the nature, initial concentration of the rubber and the curing conditions. Relations between the final morphological characteristics and the level of reinforcement have been established. The improvement in fracture properties (Klc, GIc) of these materials occurs with losses in elastic and thermical (Tg) properties because of a part of elastomer that remains dissolved on the matrix. Furthermore theses networks have been carried out. In opposite to the shell and comparisons between these two kinds of modifiers have carried out. In opposite to the liquid reactive rubbers, the presence of core-shell particles does not affect the glass transition temperature. An other investigation has been made on the hybrid composite materials based on DGEBA/DDA/BDMA/ETBN and glass beads. The presence of glass beads compensates fully the loss of elastic and thermical (Tg) properties caused by CTBN. Morever the interaction between the stress fields created around the glass and the rubber microparticles increases significantly the fracture properties and an optimum has been found. For all the systems studied, we have shown that preplastic, plastic and fracture properties are correlated. The mechanism of deformation is mainly governed by the shear flow of the matrix enhanced by the presence of elastomers as dispersed or dissolved phase and by the crak front-pinning