Reproduction de : Thèse doctorat : Sciences de l'ingénieur. Mécanique des matériaux : Metz : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Texte remanié de: thèse--Sc. phys.--Paris, 1968. / Extrait du "Bulletin de la Société chimique de France" 1967, n° 5, pp. 1572-1582; 1968, n° 1, pp. 237-244. Conservé sous la cote: [4° V. 25892 (124)].

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique : Bangkok : 2005. Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique : Le Mans : 2005. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 274-282.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 septembre 2023) / Avec le développement toujours croissant des sciences et des technologies, ainsi que de la prise de conscience sociale, de plus en plus d'exigences sont imposées à la production et aux propriétés de tous les matériaux, en particulier les mousses polymériques. En particulier, les mousses de caoutchouc, comparées aux mousses thermoplastiques en général, ont une plus grande flexibilité, une résistance à l'abrasion, des capacités d'absorption d'énergie, un meilleur rapport résistance-poids et une résistance à la traction plus élevés, ce qui conduit à leur utilisation généralisée dans plusieurs applications telles que l'isolation thermique, l'absorption d'énergie, les capteurs de pression, les absorbants, etc. Pour contrôler la microstructure des mousses de caoutchouc conduisant à d'excellentes propriétés physiques et mécaniques, deux types de paramètres jouent un rôle important. La première catégorie est liée à la formulation, y compris le caoutchouc (type et grade), ainsi que le type et la teneur en accélérateurs, charges et agents moussants. La deuxième catégorie est associée aux paramètres de fabrication tels que le procédé de mise en œuvre (injection, extrusion, compression, etc.), ainsi que différentes conditions liées au moussage (température, pression, nombre d'étapes et temps). Dans ce travail, l'effet de ces différents paramètres liés à la formulation et aux conditions de moussage sur les propriétés morphologiques, mécaniques physiques et thermiques des mousses de caoutchouc/élastomères est étudié. Le projet est divisé en deux parties principales en fonction des types de matrices : les élastomères polyoléfiniques (POE) et le caoutchouc naturel (NR). Tout d'abord, l'effet de différents agents moussants à base d'azodicarbonamide (ADC) est examiné dans les mousses POE et 4 phr (parties par cent caoutchouc) est sélectionné comme, concentration optimale en fonction du meilleur comportement morphologique et du point de vue économique. Ensuite, l'effet de la température de moulage, comprenant la température moyenne (T[indice avg]) et la différence de température (ΔT), sur la morphologie, les propriétés mécaniques (traction, compression et dureté) et la conductivité thermique des mousses POE est étudié. Deux séries d'échantillons sont produites en fixant T[indice avg] avec différents ΔT ou en fixant différents ΔT conduisant à différentes T[indice avg]. Les analyses morphologiques ont montré que deux ou trois régions à l'intérieur des mousses sont produites en fonction des conditions de moulage, chaque région ayant une structure cellulaire différente en termes de taille de cellule, densité de cellules et géométrie de cellules. Les résultats montrent une plage de densité (0,55-0,72 g/cm³), de module de traction (0,44-0,70 MPa) et de module élastique de compression (0,35-0,71 MPa) avec une conductivité thermique comprise entre 0,125 et 0,180 W/m.K. Dans la deuxième partie du projet, la teneur optimale en agent moussant p,p'-oxybis(benzène-sulfonyle hydrazide) (OBSH), la température et le temps de moussage sont obtenus respectivement à 6.5 phr, 150°C et 36 min pour les mousses NR préparées avec 40 phr de noir de carbone (CB). Ensuite, l'influence du remplacement du CB par des nanoparticules de silice (SiO₂) recyclées est étudiée. La concentration totale de nanocharges est fixée à 40 phr, tandis que le rapport CB/silice est modifié de 40/0 à 0/40. La mousse NR basée sur un système hybride (20/20) produit une structure plus homogène, améliorant l'étape de nucléation des cellules, conduisant à la plus petite taille de cellule (18 µm) et à la densité de cellule la plus élevée (8,8×10³ cellules/mm³) en raison de l'interaction réduite entre les charges et d'une meilleure dispersion des particules. Cette morphologie cellulaire améliorée génère des performances mécaniques et d'isolation thermique supérieures, y compris le module de compression le plus élevé (2,7 MPa), la résistance à la compression (1,9 MPa) et la résilience (96,6%) combinées avec la conductivité thermique la plus faible (0,114 W/m.K) à une densité de 0,652 g/cm³. Néanmoins, la mousse avec 40 phr de silice présente un module de compression (26%) et une résistance à la compression (15%) plus élevés par rapport à l'échantillon de référence ayant 40 phr de CB, principalement en raison de sa densité de réticulation plus élevée. Enfin, la silice recyclée, étant une alternative appropriée et durable au CB à base de pétrole, montre des propriétés mécaniques et d'isolation thermique supérieures par rapport à une qualité commerciale de silice pour les mousses NR. / With the ever-increasing development in science and technology, as well as social awareness, more requirements are imposed on the production and property of all materials, especially polymeric foams. In particular, rubber foams, compared to thermoplastic foams in general, have higher flexibility, resistance to abrasion, energy absorption capabilities, improved strength-to-weight ratio and tensile strength leading to their widespread use in several applications such as thermal insulation, energy absorption, pressure sensors, absorbents, etc. To control the rubber foams microstructure leading to excellent physical and mechanical properties, two types of parameters play important roles. The first category is related to formulation including the rubber (type and grade), as well as the type and content of accelerators, fillers and foaming agents. The second category is associated to processing parameters such as the processing method (injection, extrusion, compression, etc.), as well as different conditions related to foaming (temperature, pressure, number of stage and time). In this work, the effect of different parameters related to the formulation and foaming condition on the morphological, mechanical, physical and thermal properties of rubber/elastomer foams is investigated. The project is divided into two main parts depending on the rubber matrix: polyolefin elastomers (POE) and natural rubber (NR). Firstly, the effect of different azodicarbonamide (ADC) as foaming agent is examined in the POE foams and 4 phr (parts per hundred rubber) is selected as optimum concentration based on better morphological behavior and economical aspect. Then the effect of molding temperature, including the average temperature (T[subscript avg]) and temperature difference (ΔT), on the POE foams morphology, mechanical properties (tensile, compression and hardness) and thermal conductivity is studied. Two series of samples are produced by fixing T[subscript avg] with different ΔT or setting different ΔT leading to different T[subscript avg]. The morphological analyses showed that two or three regions inside the foams are produced depending on the molding conditions, each region having different cellular structure in terms of cell size, cell density and cell geometry. The results show a range of density (0.55-0.72 g/cm³), tensile modulus (0.44-0.70 MPa) and compression elastic modulus (0.35-0.71 MPa) with a thermal conductivity between 0.125 and 0.180 W/m.K. In the second part of project firstly the optimum p,p'-oxybis(benzene-sulfonyl hydrazide) (OBSH) content as foaming agent, foaming temperature and foaming time are obtained as 6.5 phr, 150°C and 36 min, respectively, for NR foams prepared with 40 phr of carbon black (CB). Afterwards, the effect of replacing CB by recycled silica (SiO₂) nanoparticles is studied. The total nanofillers concentration is fixed at 40 phr, while the CB/silica ratio is changed from 40/0 to 0/40. The NR foam based on a hybrid system (20/20) produces a more homogeneous structure improving the cell nucleation step leading to the smallest cell size (18 µm) and highest cell density (8.8×10³ cells/mm³) due to reduced filler-filler interactions and better particles dispersion. This improved cellular morphology generates superior mechanical and thermal insulation performance, including the highest compression modulus (2.7 MPa), compressive strength (1.9 MPa) and resilience (96.6%) combined with the lowest thermal conductivity (0.114 W/m.K) at a density of 0.652 g/cm³. Nevertheless, the foam with 40 phr silica displays higher compressive modulus (26%) and compression strength (15%) compared to the reference sample having 40 phr CB, mainly due to its higher crosslink density. As a final comparison, the recycled silica, being a suitable and sustainable alternative to petroleum-based CB, shows superior mechanical and thermal insulation properties compared to a commercial grade of silica for NR foams.

Le caoutchouc naturel (CN) isolé de l'hévéa brésiliens et renforcé par différents pourcentages de nano-renforts de cellulose a été caractérisé en utilisant les techniques suivantes: la Calorimétrique Différentielle à Balayage, la Spectroscopie Diélectrique et enfin la Spectroscopie vibrationnelle (Infrarouge et Raman). L'objectif était la compréhension de l'impact des nano-renforts cellulosiques à différentes formes et fractions massiques sur les propriétés diélectriques, thermiques et vibrationnelles des matériaux de l’étude. L'ensemble des résultats obtenus nous a permis d’élucider la qualité des interfaces des différents composites étudiés et surtout de prévoir le matériau ayant les meilleures performances pour les applications mécaniques / Natural rubber isolated from Hevea Brasiliens and reinforced with different percentages of cellulose nano-reinforcements was investigated using three characterization techniques: Differential Scanning Calorimetry analysis, Dielectric Spectroscopy and finally Infrared and Raman Spectroscopy. The aim of the research is to understand the impact of cellulosic nano-reinforcements with different shapes and mass fractions in order to choose the nano-composite with high performance for mechanical applications

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thesis--Harvard. / Bibliography: p. [87]-91.

Thesis--Harvard. / Bibliography: p. [87]-91.

Ce travail est consacré au développement de biocomposites de caoutchouc naturel (NR) performants pour produire des composites ayant des propriétés similaires aux formulations conventionnelles à base de noir de carbone (CB). Le projet est divisé en deux parties principales selon les types de charges: les charges lignocellulosiques de taille macro et la nanocellulose. Dans un premier temps, le remplacement du CB par de la lignine et de la cellulose (avec et sans modification) est étudié. Les résultats montrent que la lignine et la cellulose ont leurs propres avantages et limites, mais le remplacement partiel du CB par les deux macro-biocharges peut fournir de meilleures propriétés mécaniques et dynamiques par rapport au CB seul. Néanmoins, des propriétés améliorées sont également obtenues après une modification de surface de la cellulose par de l'anhydride maléique greffé sur du polyisoprène (MAPI). Cependant, il n'est pas possible de remplacer complètement le CB par ces charges en raison des fortes interactions entre les charges. Ensuite, l'effet de la nanocellulose sur le renforcement du NR est étudié. Ce travail comprend également un système de renforcement hybride à base de nanocellulose et de nanotubes de carbone (CNT) qui montre la formation d'un réseau conducteur 3D solide à l'intérieur de la matrice de caoutchouc. La présence de ce réseau conduit à d'excellentes propriétés (propriétés mécaniques dynamiques et conductivité thermique) qui peuvent être facilement contrôlées en ajustant la teneur en charges. Enfin, un nouveau système hybride contenant de la lignine et de la nanocellulose a été développé pour renforcer le NR. Dans ce cas, une concentration élevée (40 parties pour cent de caoutchouc, phr) de lignine est utilisée comme biocharge non-renforçante pour réduire les coûts et augmenter la durabilité, tandis que la nanocellulose est ajoutée pour renforcer ces biocomposites NR. On constate que l'ajout de 7,5 phr de nanocellulose aux composés lignine/NR (contenant 40 phr de lignine) augmente la teneur en caoutchouc lié (37%), la résistance à la traction (36%) et le module à 100 % de déformation (101%), tout en diminuant le temps de durcissement (14%) et le facteur de perte (55% à 10% de déformation). Malgré sa biodégradabilité et sa durabilité, le bionanocomposite nanocellulose/lignine/NR présente des propriétés mécaniques similaires et même de meilleures propriétés mécaniques dynamiques (53% à 10% de déformation) que les composites NR conventionnels renforcés avec du CB seul. / This work is devoted to the development of high-performance natural rubber (NR) biocomposites to produce composites having similar properties as conventional formulations based on carbon black (CB). The project is divided into two main parts depending on the types of fillers: macro-sized lignocellulosic fillers and nanocellulose. Firstly, the effect of replacing CB by lignin and cellulose (with and without modification) is studied. The results show that both lignin and cellulose have their own advantages and limitations, but partial replacement of CB with both macro-biofillers can provide better mechanical and dynamic mechanical properties compared to CB alone. Nevertheless, improved properties are also obtained after surface modification of the cellulose with maleic anhydride grafted to polyisoprene (MAPI). However, it is not possible to completely replace CB with these fillers due to strong filler-filler interactions. Then, the effect of nanocellulose on NR reinforcement is studied. This work also includes a hybrid reinforcing system based on nanocellulose and carbon nanotube (CNT) which is showing the formation of a strong 3D conductive network inside the rubber matrix. The presence of this network leads to excellent properties (mechanical and dynamic properties, and thermal conductivity), which can be easily controlled by tuning the fillers content ratio. Finally, a novel hybrid system containing lignin and nanocellulose is developed to reinforce NR. In this case, a high concentration (40 parts per hundred rubber, phr) of lignin is used as a non-reinforcing biofiller to reduce the costs and increase the sustainability, while nanocellulose is added to reinforce these NR biocomposites. It was found that adding 7.5 phr of nanocellulose to the lignin/NR compounds (containing 40 phr lignin) increased the bound rubber content (37%), tensile strength (36%) and modulus at 100% strain (101%), while decreasing the curing time (14%) and loss factor (55% at 10% strain). Despite its biodegradability and sustainability, the nanocellulose/lignin/NR bionanocomposite exhibits similar mechanical properties and even better dynamic mechanical properties (53% at 10% strain) than conventional NR composites reinforced with CB alone.

Les pneus en fin de cycle de vie soulèvent de graves problèmes environnementaux. Ils doivent être éliminés ou recyclés. En raison de leur structure réticulée, les pneus ne fondent pas ni ne se dissolvent. Ils sont généralement broyés en poudre (caoutchouc de pneu broyé, abrévié GTR). Ensuite, ces poudres sont mélangées avec une matrice (asphalte ou polymère thermoplastique) pour réutilisation. L'industrie du recyclage se heurte à deux problèmes principaux. En premier lieu, le contrôle de technique qualité est difficile à cause du manque de solubilité de la poudre et de moyens limités pour ces petites industries. Il est nécessaire de trouver des méthodes rapides et à faible coût pour améliorer la caractérisation des GTR. Dans le présent travail, nous avons mis l'accent sur l'utilisation de ces deux techniques et sur la spectrométrie de fluorescence-X (XRF), comme il y a des rapports dans la littérature démontrant que ceux-ci peuvent être utilisés, respectivement, pour déterminer la densité de réticulation, la composition en monomères et la composition élémentaire. Un deuxième problème est la faible adhérence entre la plupart des polymères et les GTR. Ceci résulte en un manque de résistance mécanique et une tendance à l'effritement des pièces fabriquées. Certaines études se concentrent sur l'ajout de monomère et d'initiateur au GTR, afin de faire une polymérisation in-situ de chaînes greffées sur la surface. Cependant, le poids moléculaire des greffons est inconnu et il est impossible de vérifier si celui-ci est supérieur au poids moléculaire d'enchevêtrement des chaînes. Des réactions photochimiques ont été utilisées pour greffer des chaînes polymériques terminées par un groupement thiol de poids moléculaire connu en utilisant les liaisons doubles présentes à la surface de GTR. La spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) ont été utilisées pour détecter les changements de surface et vérifier si le greffage a bien eu lieu. Finalement, la mesure des propriétés mécaniques a été utilisée pour évaluer l’effet du greffage avec les échantillons de GTR greffé mélangés à du polystyrène commercial. / End of life tires raise severe environmental problems and must be disposed of or recycled. Due to their cross-linked structure, they do not melt or dissolve, and are usually ground into a powder (ground tire rubber or GTR) and mixed with a matrix (asphalt or a thermoplastic polymer) for reuse. The recycling industry encounters two main problems. First, quality control is difficult due to the lack of solubility of the powder and to the limited technical means of these small industries. Rapid and low-cost methods are needed to improve characterization of GTR. This work focused on the use of these two techniques and of X-ray fluorescence spectrometry (XRF), as there are reports in the literature showing than these may be used, respectively, to determine cross-link density, monomer and elemental composition. The second problem is the poor adhesion between most polymers and GTR, resulting in parts that lack mechanical strength and tend to crumble. Some studies focus on adding monomer and initiator to GTR and doing in-situ polymerization of graft chains onto the surface. However, molecular weight of grafts is unknown and it is not possible to verify if the molecular weight is above the chain entanglement molecular weight. Photochemical reactions were used to graft thiol-terminated polymer chains of known molecular weight by using free carbon double bonds that exist on the GTR surface. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to detect the surface changes and graft degree. Mechanical properties measurement was used to monitor the treated samples blends with polystyrene matrix.