Dispersion d’une argile organo-modifiée dans une matrice polypropylène : rôle des paramètres d’extrusion
Résumé
Les nanocomposites à matrice thermoplastique ont connu un large engouement depuis les travaux de Toyota sur les matériaux argile lamellaire/polyamide [1]. Ils ont montré que la dispersion de l’argile à l’échelle du feuillet permet, avec de très faibles fractions massiques (quelques %), d’améliorer les propriétés mécaniques, barrière aux gaz et résistance au feu du matériau. Néanmoins, les travaux ultérieurs dans une matrice apolaire (polypropylène) ont montré que la mauvaise affinité de l’argile avec la matrice rendent sa dispersion difficile [2-3]. Ceci reste vrai même si l’affinité charge/matrice est améliorée en jouant sur le tensio-actif utilisé pour rendre l’argile organophile et en ajoutant un agent compatibilisant (PP greffé anhydride maléique). Dans ce cas, l’état de dispersion de la charge doit être caractérisé à différentes échelles : celle du micron pour voir les agglomérats mal dispersés (microscopie électronique à balayage) et celle du nanomètre pour voir l’état d’exfoliation de la charge (microscopie électronique en transmission, mais surtout la rhéologie). Différents travaux ont montré la relation entre le comportement rhéologique du nanocomposite en dynamique (mesures dans le domaine de viscoélasticité linéaire) et l’état d’exfoliation de la charge [4].
L’état de dispersion de l’argile peut être amélioré en jouant sur les conditions d’extrusion des nanocomposites. Nous avons montré dans un premier travail que l’énergie mécanique spécifique peut être utilisée pour représenter l’effet des paramètres procédé (vitesse de rotation des vis, débit, température du fourreau) sur l’état de dispersion de la charge [5,6]. Dans ce précédent travail, les nanocomposites avaient été préparés par dilution d’un mélange maître. Les résultats concernaient l’étape de dilution.
Dans le présent travail, les nanocomposites ont été préparés à l’état fondu par voie directe en extrusion bi-vis. Nous nous sommes intéressés à l’effet de la vitesse de rotation sur l’état de dispersion de la charge, mais aussi à l’évolution de l’état de dispersion le long de la vis (via des essais interrompus). L’état de dispersion de la charge a été, dans tous les cas, caractérisé à différente échelles en couplant différentes techniques. Nos travaux montrent une relation entre l’état de dispersion et la vitesse de rotation des vis. Toutefois, les fortes vitesses entraînent une dégradation de la matrice. Son effet sur la dispersion sera discuté.