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Incorporation de chaînes longues dans des alliages nanostructurés de polymères semi-cristallins : extrusion réactive, structure et propriétés mécaniques
Des alliages nanostructurés, co-continus et thermodynamiquement stables sont synthétisés, par extrusion réactive d'un polyéthylène fonctionnalisé (FPE) et d'un mélange bimodal de petites et longues chaînes de polyamide 6 (PA). Les petites chaînes réagissent rapidement pour former beaucoup de copolymères, garantissant ainsi la nanostructuration. Le greffage et l'incorporation des longues chaînes a pour but d'introduire des enchevêtrements et des molécules liens entre les cristallites de PA. Deux extractions sélectives successives nous ont permis de caractériser les chaînes de copolymères greffés et les chaînes non-réagies de FPE et de PA. Les propriétés macroscopiques des alliages sont optimisées en jouant sur l'ordre d'introduction des constituants, les conditions d'extrusion et la composition de la phase de PA. L'étude structurale des alliages et des copolymères greffés précise l'organisation des chaînes dans les deux nanostructures. Les deux phases de FPE et PA cristallisent de manière confinée ce qui confère aux alliages des propriétés mécaniques remarquables. Aux faibles déformations et au dessus de la fusion du FPE, les alliages de composition 64/36 FPE/PA en masse, présentent une tenue thermomécanique d'une vingtaine de mégapascals. Les longues chaînes de PA jouent le rôle de chaînes liens entre les cristallites et améliorent la ductilité des alliages nanostructurés à haute température (allongement à la rupture 250% à 150°C). Des expériences de diffusion des rayons X couplées à de la microscopie électronique en transmission avant et après traction permettent de relier les évolutions structurales et morphologiques aux comportements mécaniques de ces alliages.

2010-11-23
Science des matériaux, mécanique, génie mécanique
ESPCI ParisTech
extrusion réactive – polyamide – polyéthylène – nanostructuration – copolymères greffés – ductilité
Incorporation of long chains in nanostructured blends of semi-crystalline polymers : reactive blending, structure and mechanical properties
Thermodynamically stable nanostructured and co-continuous blends are synthesized by reactive blending of functionalized polyethylene (FPE) and a bimodal mixture of short and long chains of polyamide 6 (PA). The short chains react more readily to form graft copolymers and facilitate both grafting of long chains and formation of nanostructures. The grafting and the incorporation of long PA chains should introduce entanglements and tie molecules between the PA crystallites. A two step selective extraction enables to characterize the graft copolymers and the non-reacted FPE and PA chains. The macroscopic properties of these blends are optimized by modifying the feeding mode of the raw materials, by the blending conditions and by the PA phase composition. A structural study of the blends and the graft copolymers clarifies the chain organization both nanostructures. The FPE and PA phases crystallize in these confined morphologies, giving rise to outstanding mechanical properties to the blends. At low strains and for temperatures higher than the FPE melting, the blends having a composition of 64/36 FPE/PA in weight display a thermomechanical resistance of about twenty megapascals. The PA long chains play the role of tie molecules between crystallites and improve the ductility of the nanostructured blends at high temperature (ultimate strain of 250% at 150°C). We performed X-rays scattering experiments and transmission electron microscopy before and after tensile test and we correlated the structural and morphology evolution of blends with the mechanical behavior.
reactive blending – polyamide – polyethylene – nanostucturation – graft copolymers – ductility
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