Étude de l'évolution de morphologie sous écoulement contrôlé de nanocomposites à base de charges carbonées

Essadouky, Hind (2024). Étude de l'évolution de morphologie sous écoulement contrôlé de nanocomposites à base de charges carbonées. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans ce travail, des mélanges présentant une morphologie co-continue de deux polymères non miscibles, à savoir le polypropylène (PP) et le polystyrène (PS), ont été chargés avec du graphène (GnP). Les composites PP/PS/GnP, ont été préparés par extrusion à l'état fondu. Par la suite, ils ont été soumis à une caractérisation approfondie, englobant des analyses rhéologiques, morphologiques et électriques. Pour obtenir des données précises sur les propriétés électriques et rhéologiques de ces composites, nous avons utilisé un rhéomètre couplé à un dispositif diélectrique-rhéologique (DRD). Pour étudier l'évolution des propriétés des composites PP/PS/GnP sous l'influence d'un écoulement contrôlé, deux types de tests ont été effectués : un balayage temporel (simulant le recuit thermique) à une température de 200 °C pendant une heure, ainsi qu'un test de cisaillement stationnaire à des taux de cisaillement de 0.05▯ et 1▯. Par la suite, ces deux tests ont été précédés et suivis d'un test de cisaillement oscillatoire de petites amplitudes afin d'évaluer l'impact du cisaillement et du recuit sur la morphologie du matériau. Les résultats révèlent une nette diminution des seuils de percolation électrique et rhéologique pour les composites PS/PP/GnP par rapport aux polymères purs chargés de graphène (PS/GnP et PP/GnP). L'incorporation de GnP a également entraîné une réduction drastique de la taille du domaine caractéristique de la morphologie co-continue PP/PS/GnP, indiquant ainsi un affinage de la morphologie. De plus, la conductivité électrique des composites PS/PP/GnP a augmenté d'un ordre de grandeur au cours des premières minutes de recuit, pour ensuite se stabiliser, révélant ainsi l'évolution vers la formation d'un réseau de graphène plus robuste pendant le recuit. Il a également été démontré que le GnP pouvait stabiliser la morphologie d'un mélange co-continu, même sous l'application d'une forte déformation.

Titre traduit

Study of morphology evolution under controlled flow of nanocomposites based on carbonaceous fillers

Résumé traduit

In this work, blends of two immiscible polymers presenting a co-continuous morphology, namely polypropylene (PP) and polystyrene (PS), were filled with graphene (GnP). The PP/PS/GnP composites were prepared by melt extrusion. They were then subjected to extensive characterization, including rheological, morphological, and electrical analyses. To obtain precise data on the electrical and rheological properties of these composites, we used a rheometer coupled to a dielectric-rheological device (DRD). To study the evolution of the properties of PP/PS/GnP composites under the influence of controlled flow, two types of tests were carried out: a time sweep (simulating thermal annealing) at a temperature of 200°C for one hour, and a steady shear test at shear rates of 0.05▯ and 1▯. These two tests were then preceded and followed by a small-amplitude oscillatory shear test to assess the impact of shearing and annealing on material morphology. The results reveal a clear reduction in electrical and rheological percolation thresholds for PS/PP/GnP composites compared with pure graphene-filled polymers (PS/GnP and PP/GnP). The incorporation of GnP also led to a drastic reduction in the domain size of the PP/PS/GnP co-continuous morphology, indicating morphology refinement. In addition, the electrical conductivity of the PS/PP/GnP composites increased by an order of magnitude during the first few minutes of annealing, and then stabilized, revealing the evolution towards the formation of a more robust graphene network during annealing. It was also demonstrated that GnP could stabilize the morphology of a cocontinuous blend, even under the application of high strain.

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 maitrise avec mémoire en en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (page 59-62).
Mots-clés libres:	seuil de percolation électrique, mélange co-continue, conductivité électrique, écoulement contrôlé, recuit thermique, cisaillement stationnaire
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Demarquette, Nicole R.
Codirecteur:	Codirecteur David, Éric
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	14 mars 2024 16:08
Dernière modification:	14 mars 2024 16:08
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3434

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