Caractérisation rhéologique des polymères utilisés

  Polypropylène

Le polypropylène utilisé est un polypropylène homopolymère isotactique de grade extrusion, fourni par la société ATOFINA. Il est commercialisé sous la référence PPH5060. Le Tableau II.1 présente les caractéristiques physiques données par le fabricant ou, à défaut, des valeurs moyennes tirées du Polymer Handbook (1989). Le comportement rhéologique du polypropylène a été caractérisé dans un rhéomètre à contrainte imposée (Stress-Tech) en mode oscillatoire, pour des fréquences allant de 0,02 à 100 rad.s-1 et à des températures comprises entre 180°C et 240°C. La géométrie utilisée est un plan-plan de diamètre 25 mm et d’entrefer 1 mm. Les échantillons ont été préparés par compression dans un moule thermostaté à 200°C. La contrainte imposée varie de 2,5 Pa pour la plus faible fréquence à 180 Pa pour la plus forte fréquence, pour se placer dans le domaine viscoélastique linéaire et pour que la déformation soit mesurable par le capteur. Ceci conduit à une déformation mesurée comprise entre 0,6% et 5%. L’échantillon a été renouvelé à chaque température. Chapitre II : Présentation des matériaux et des techniques expérimentales Réalisation de nanocomposites polypropylène/argile par extrusion bivis -36- Tableau II.1 : Propriétés physiques du polypropylène utilisé Température de fusion Tf : 164 °C Indice de fluidité (230°C/2,61kg) : 6 g/10min Etat physique : granulé Masse volumique du solide à 20°C : 0,905 g/cm3 Conductivité thermique du fondu kl : 0,2 W/m.K Capacité calorifique massique du fondue Cl : 2 kJ/kg.K Les Figures II.1 et II.2 présentent les modules complexes (G’ et G ») ainsi que la viscosité complexe |Á*| associée, à une température de 180°C, en utilisant le principe de superposition temps/température. Figure II.1 : Module élastique G’ et visqueux G » du polypropylène en fonction de la fréquence (Tréf = 180°). Les études réalisées permettent de déterminer les constantes rhéologiques qui seront nécessaires au niveau de la simulation des produits par le logiciel LUDOVICÆ. Le facteur de glissement aT, spécifique à chaque température, exprimant la thermodépendance de la viscosité, peut Ítre représenté par une loi de type Arrhenius:               ref a T R T T E a 1 1 exp (II.1) Chapitre II : Présentation des matériaux et des techniques expérimentales Réalisation de nanocomposites polypropylène/argile par extrusion bivis -37- Ea est l’énergie d’activation (J/mol), R est la constante des gaz parfaits (8,32 J.mol -1.K-1) et Tréf est la température de référence exprimée en Kelvin. L’énergie d’activation a été calculée à partir de la pente de la courbe ln(aT) en fonction de 1/T. On obtient ainsi la valeur Ea/R = 5788 K. La valeur correspondante de l’énergie d’activation est égale 48,2 kJ/mole.

Caractéristiques des argiles organophiles

Les nanocharges utilisées dans cette étude sont des argiles organophiles commercialisées par la société Southern Clay Product (Texas, USA), connues sur le nom de « CloisiteÆ ». Nous avons choisi d’utiliser la CloisiteÆ15A et la CloisiteÆ20A car, selon le fabriquant, le traitement de surface est le plus adapté aux polymères ayant un caractère hydrophobe, tels que les polyoléfines. Ces deux argiles organophiles sont obtenues à partir de l’argile naturelle de type montmorillonite, ayant une capacité d’échange cationique (CEC) de l’ordre de 92,6 meq/100g (d’après Southern Clay Products, Inc.). La formule de cette montmorillonite est Na0.65[Al,Fe]4Si8O20(OH)2, avec des cations compensateurs présents sur la surface des feuillets de type Na+ (cf. Chapitre I.2.1). Leur caractéristique surfacique a été modifiée par des ions ammoniums quaternaires, porteurs de groupements de type alkyle; les cations compensateurs de sodium, présents à la surface des feuillets, ont été substitués par des ions diméthy-dihydrogénétallowalkyl ammonium. La modification se fait par la technique de l’échange cationique. La Figure II.6 présente schématiquement la structure en feuillet de la montmorillonite, l’agent de surface et la structure des argiles organophiles utilisées. Sur la Figure II.6, la tÍte polaire de l’agent de surface, N+, comporte deux groupements méthyle (CH3) et deux chaÓnes hydrocarbonées, noté HT. Le Tableau II.4 présente la composition en pourcentage des chaÓnes hydrocarbonées, possédant entre 14 et 18 atomes de carbone. Le nombre moyen d’atomes de carbone par chaÓne est de l’ordre de 17 unités