REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE LENSEIGNEMENT

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE 5ème Séminaire National sur les Polymères (SNP-5) 02 -03 Décembre 2015 Zair Latifa

Comportement thermomécanique des composites à base de polymères et cristal liquide E 7 INTRODUCTION Plan de travail Ø Systèmes PDLCs (Polymer Dispersed Liquid Crystals) Ø Comprendre le comportement thermomécanique des PDLCs v. Introduction v Généralités sur les matériaux composites Polymères/Cristaux liquides v Matériaux et techniques de caractérisation Ø Application des modèles de la théorie d’élasticité Matériaux utilisés, élaboration des films caoutchoutique sur les résultats expérimentaux. Techniques d’analyses expérimentales v Comportement thermomécanique des films PDLCs v Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique v Conclusion et Perspectives 2

Généralités sur les matériaux Polymères/Cristaux liquides ØSystèmes PDLCs Mélange cristal liquide-polymère Composite Polymère/Cristal liquide Systèmes PDLCs Polymères réticulés dispersés dans une phase de cristal liquide (PNLC) Gouttelettes de cristal liquide dispersées dans une matrice polymère (PDLC) 3

Généralités sur les matériaux Polymères/Cristaux liquides v Préparation des films PDLC Microencapsulation Le système commence par une solution hétérogène contenant le cristal liquide et le polymère. Séparation de phases Le système commence par un mélange homogène contenant le cristal liquide et le polymère. 4

Généralités sur les matériaux Polymères/Cristaux liquides Séparation de phases TIPS SIPS Polymère + CL Chauffage Solution homogène Agitation Solvant Solution homogène évaporation Polymérisation Refroidissement Séparation de phases Formation de gouttelettes Fin de séparation PDLC 5

Matériaux et techniques de caractérisation Tripropylène glycol diacrylate (TPGDA) Produit par Gray Valley de France Propriétés physiques Point d’ébullition Valeurs 109 °C à 0. 3 m. Bar Point de solidification -60 °C Température d’inflammation 225 °C Température de transition vitreuse 62 °C Viscosité à Densité à Indice de réfraction à 10. 5 – 15 m. Pa. s 1. 0355 g/cm 3 1. 4510 6

Matériaux et techniques de caractérisation Propoxylène-glycéryltriacrylate (GPTA) O O CH Produit par Gray Valley de France O O 7

Matériaux et techniques de caractérisation Cristal liquide E 7 4 -cyano-4’-n-pentyl-biphényle (K 15, 5 CB) 4 -cyano-4’-n-heptyl-biphényle (K 21, 7 CB) 4 -cyano-4’-n-octyloxy-biphényle (M 24, 8 OCB) 4 -cyano-4’’-n-pentyl-p-terphényle (T 15, 5 CT) Composition du mélange nématique E 7 Formule chimique du cristal liquide 5 CB 8

Matériaux et techniques de caractérisation Elaboration des films: Rayonnement UV: Lampe PHILIPS TL 08 Primarc Minicure MC 4 -300 Entrée de l’échantillon Lampe UV Sortie de l’échantillon Convoyeur 9

Matériaux et techniques de caractérisation Bombardement électronique EB: Matériaux irradiés Monomère/ Cristaux liquides Bombardement électronique CB 150 Electrocurtain 10

Matériaux et techniques de caractérisation Techniques expérimentales: Traction uniaxiale: Instron 6022 l=4 mm L e=0. 1 mm T =20 °C F=100 N V =1 mm/min Contrainte L 0=15 mm E : Module de Young Lambda 11

Matériaux et techniques de caractérisation Analyse mécanique dynamique Fréquence = 1 rad/s Vchauf = 2 °C/min -100 < T < 100 °C Le signal de déformation Le signal de contrainte Le module de conservation E’ Le module de perte E’’ Le facteur de perte 12

Matériaux et techniques de caractérisation Spectroscopie UV-Visible L’absorbance est définie par La transmittance est définie par Spectrophotometer PRO UV 1200 -PC 13

Matériaux et techniques de caractérisation Microscopie optique à lumière polarisée Obtenir la morphologie des films TPGDA/E 7 et GPTA/E 7 14

Matériaux et techniques de caractérisation La densimétrie Solide sec Coupelle de suspension Facteurs influant sur la densité volumique: Température Bécher Etier placé sur le plateau Plongeur Poussée de l’air Profondeur d’immersion du porte-pierre Le pont Tension superficielle du liquide Bulles d’air Liquide auxiliaire Affichage Principe de la détermination de la densité 15

Comportement thermomécanique des films PDLCs Propriétés dynamiques Films TPGDA/E 7 élaborés par UV et EB 16

Comportement thermomécanique des films PDLCs Module plateau caoutchoutique et la Tg des films TPGDA/E 7 èE’ , è Tg Effet de plastification 17

Comportement thermomécanique des films PDLCs Spectres viscoélastiques des films GPTA/E 7 élaborés par EB Module plateau et la Tg des systèmes TPGDA/E 7 et GPTA/E 7 élaborés par EB 18

Comportement thermomécanique des films PDLCs Estimation de la température de transition vitreuse du mélange L'équation de Fox : L'équation de Gordon-Taylor : wi : fraction massique du polymère i K: constante empirique. L'équation de Kwei : q jouant le rôle d'un paramètre d'interaction. kkw est un paramètre évalué à partir des données expérimentales. 19

Comportement thermomécanique des films PDLCs Prédictions théoriques du modèle de Fox Prédictions théoriques des modèles de Gordan Taylor et Kwei 20

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Modèle du réseau affine : Masse moléculaire moyenne entre nœuds de réticulation: Modèle fantôme : Modèle de Mooney et Rivlin: 2(C 1 +C 2) : une approximation du module aux faibles déformations 21

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Application du modèle affine sur les films TPGDA/E 7 élaborés par UV et EB 22

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Application de modèle de Mooney et Rivlin sur les films TPGDA/E 7 23

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Application des modèles affine et fantôme sur les films GPTA/E 7 élaborés par EB 24

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Masse moléculaire moyenne entre nœuds de réticulation des films GPTA/E 7 et TPGDA/E 7 25

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Masse moléculaire moyenne entre nœuds de réticulation des films GPTA/E 7 (Modèles affine et fantôme) 26

Application de la théorie d’élasticité caoutchoutique Corrélation entre le gonflement et la théorie d’élasticité caoutchoutique Le taux de gonflement Le module élastique est corrélé avec le taux de gonflement à l’équilibre. Avec : Les valeurs de a égales à 2. 25, 3 et pour un bon solvant, solvant q et un mauvais solvant. n étant l’exposant de gonflement 27

CONCLUSION ET PERSPECTIVES Ø Effet de la concentration : èmodule plateau caoutchoutique Effet de plastification § % en E 7 è Tg polymère § A des concentrations < 30 % Systèmes TPGDA/E 7 EB sont les plus rigides. § A des concentrations > 30 % un effet renfort des systèmes TPGDA/E 7 EB est présent pour des températures au dessous de - 62 °C 28

CONCLUSION ET PERSPECTIVES Les systèmes GPTA/E 7 élaborés par EB possèdent des meilleures propriétés mécaniques avec une densité de réticulation plus importante. Un bon accord de modèle affine d’élasticité caoutchoutique avec les résultats expérimentaux des films TPGDA/E 7. Evolution des propriétés statiques en fonction de la température. Etude de gonflement dans d’autres solvant en fonction de la température, avec des réseaux contenant le cristal liquide. Détermination de diagramme de phases lors de gonflement. 29

Merci de Votre Attention 30