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Développement d'un nanocomposite constitué de polyéthylène linéaire à basse densité (LLDPE) et d'argile: paramètres de fabrication et propriétés mécaniques en traction

Trudel, Carl (2011). Développement d'un nanocomposite constitué de polyéthylène linéaire à basse densité (LLDPE) et d'argile: paramètres de fabrication et propriétés mécaniques en traction. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Il fut déjà déterminé par le passé que les matrices thermoplastiques renforcées par des nano charges, à de faibles concentrations, augmentent en quasi-totalité les propriétés mécaniques. De tels résultats ne sont possibles que lorsqu’une bonne dispersion est atteinte, en l’occurrence correctement intercalée/exfoliée pour des renforts lamellaires argileux.

Pour y arriver, le contrôle de l’ensemble des caractéristiques de mise en forme doit être réalisé afin de produire un nanocomposite à matrice polyoléfine plus performante. La présente étude vise à caractériser l’influence de celle-ci en analysant les propriétés en traction des nanocomposites à polyéthylène linéaire à basse densité (LLDPE)/argile. Utilisant un extrudeur à double vis co-rotative muni d’un dévidoir à vitesse variable, les paramètres suivants ont été observés : teneur en argile et en agent compatibilisant, vitesse de rotation, débit d’entrée et température de mélange.

À la suite des tests de traction respectant la norme ASTM D-638-10 et d’une analyse par la DRX, les conditions de mise en forme optimales offrant un bon équilibre entre efforts de cisaillement et diffusion des chaînes de polymères entre les lamelles de Montmorillonite ont été déterminées. À 150 TPM sous une température de 170°C, un débit d’entrée de 1.2 kg/h, une teneur en Fusabond® M603 à 2% massique et en argile de 3% massique, l’ensemble des propriétés en traction a été augmenté. Pour une densification du composite relativement faible, des augmentations de 11.5, 7.4, 37.5 et 14.6% ont été observées pour la contrainte ultime, l’élongation à la rupture, le module d’élasticité et la limite à l’écoulement respectivement. Un fait important, la rigidité des nanocomposites croît linéairement avec la teneur en argile et peut atteindre un accroissement de 135% pour une teneur en argile de 16%.

Résumé traduit

It has been known that the tensile properties of thermoplastic reinforced with nanoclay depend on the good qualities such as exfoliation and dispersion of the material structure on a nanoscale.

All the melt compounding parameters effects should be investigated to produce a polyolefin nanocomposite a more efficient matrix. This study aimed to investigate the influence of different production parameters by analyzing the tensile properties of nanocomposites composed of linear low density polyethylene (LLDPE) / clay. Using a co-rotating twin screw extruder with a variable speed external feeder, the following parameters were observed: clay and coupling agent content, rotational speed, throughput rate and melt temperature.

By performing tensile tests following the ASTM D-638 and XRD analysis, the optimal conditions offering a good balance between shear stress and intercalation of montmorillonite platelet were determined. At an extrusion speed of 150 rpm, a melt temperature of 170 ° C, a throughput rate of 1.2 kg/h, a Fusabond ® M603 content of 2 wt% and a clay concentration of 3 wt%, all tensile properties has been increased. For a relatively low density variation, increases of 11.5, 7.4, 37.5 and 14.6% were observed for the ultimate stress, elongation at break, tensile and tensile modulus respectively. On other hand, high clay content led to a more rigid nanocomposite. As an important fact, the rigidity of the nanocomposites increases linearly with clay content. Increase of 135% for a clay loading of 16 wt% were observed.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [98]-102.
Mots-clés libres: Matériaux composites. Matériaux composites Conception et fabrication. Matériaux composites Propriétés mécaniques. Thermoplastiques. Polyoléfines. Polyéthylène. Argile. Extrusion (Mécanique). ASTM, Compatibilisant, D-638-10, Débit, Entrée, Linéaire, LLDPE, Nanoargile, Test, Traction, Nanocomposites.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Ngô, Anh-Dung
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Sean, Trek
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 13 déc. 2011 16:48
Dernière modification: 02 mars 2017 01:32
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/935

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