Etude par spectroscopie Raman et modélisation d'une résine composite rtm

IV.3.1.5. Influence des Nanocharges TiO2 sur les propriétés de la RTM6

Pour améliorer les propriétés thermiques et mécaniques de la résine époxyde RTM6 pure, on a ajouté des particules de TiO₂ pour former un matériau Nanocomposite utilisé industriellement et de grande diffusion. Le choix des nanoparticules de TiO₂ parce que ce sont des particules inertes.

Chapitre IV Résultats et discussion

Caractéristiques physiques et Chimiques du TiO₂ (PC 500) Millenium Inorganic Chemicals

Indications générales	Poudre
Etat physique	Blanc
Couleur odeur	Inodore
Point de fusion	> 1800°C
Point d'ébullition	Non déterminé
Point éclair	Non applicable
Inflammabilité (Solide, gazeux)	Le produit n'est pas inflammable
Danger d'explosion	Le produit n'est pas explosif
Densité	20°C Anatase 3,9 g/cm^3 Rutile 4,2 g/cm^3
Densité en vrac à 20°C	500 - 900 Kg/m^3
Solubilité dans/miscibilité avec l'eau	Insoluble
pH (100g/l) à 20°C	7
Surface spécifique	250 m^2/g
Diamètre des charges	5-10 nm

Une fois les nanocharges de TiO₂ injectées dans la résine, on fait passer le tout dans un malaxeur, les mélanges obtenus sont avec des taux de TiO₂ de l'ordre de 1%, 2%, 5% et 10% de la masse de la résine pure.

Analyse par Microscopie Electronique à Balayage (MEB)

Dans un premier temps nous avons utilisé La Microscopie Electronique à Balayage (MEB) pour apprécier la dispersion des Nanocharges de TiO₂ dans la résine.

On étudie la dispersion des Nanocharges de TiO₂ dans le mélange et ce aux taux cités précédemment (1%, 2%, 5% et 10%).

i. MEB pour la résine avec 1% TiO₂

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Figure IV.15 a : MEB de la RTM6 au coeur de l'échantillon à 1% de TiO₂

Chapitre IV Résultats et discussion

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Figure IV.16 b : MEB de l'échantillon RTM6 à la surface de l'échantillon à 1% de TiO₂

Ces figures (Figure IV.15 a) et (Figure IV.16 b) obtenues par Microscopie Electronique à Balayage (MEB) correspondent à la prise d'images en deux endroits différents, le coeur (a) et la surface (b) de l'échantillon. D'autre part, on remarque que les Nanocharges de TiO₂ rejoignent la surface de la résine (Figure IV.16), ce qui justifie leur injection pendant le processus de réticulation de la résine, et non avant, car la résine, stockée dans un congélateur à - 18°C est très dure donc difficile à manipuler ; d'où la nécessité de la laisser revenir à la température ambiante au bout de 15 min

Pour un faible taux de TiO₂, de l'ordre de 1%, les Nanocharges ajoutées se regroupent à la surface de la résine

On conclue qu'à faible taux de TiO₂ on a une bonne dispersion à la surface de l'échantillon. ii. MEB pour la résine avec 2% TiO₂

Figure IV.17 : MEB de l'échantillon RTM6 à la surface de l'échantillon 2% de TiO₂

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iii. MEB pour la résine avec 5% et 10% de TiO₂

Figure IV.18 : MEB de l'échantillon RTM6 à la surface de l'échantillon 5% et 10% de TiO₂

Quand le taux de TiO₂ passe à 2% (Figure IV.17 a), on observe l'apparition de stries minuscules sur le substrat, provoquée par l'augmentation de ce taux qui en plus du transfert des Nanocharges de TiO₂, est du à un effet de cisaillement vraisemblablement due à une absorption plus grande d'énergie.

Plus de stries apparaissent quand ou augmente davantage le taux de TiO₂ (5% et 10%) (Figure IV.18) ; ce qui a pour conséquence d'empêcher la réticulation complète de la résine, le matériau devenant plus fragile, ceci étant dû à la formation d'agrégats très gros qui forment des sites d'amorçage à rupture, à la manière d'une bulle d'air [COLI 02J.

D'après le spectre MEB on trouve aussi des traces de chlore due à l'Epichlorhydrine et du Soufre due au durcisseur DDS.

a) DSC de l'échantillon RTM6 contenant des Nanocharges de TiO₂

Les échantillons à différents taux de TiO₂, chauffés à 135°C pour une durée de 6 heures et une vitesse de chauffe de 10°C.min^-1 sont analysés par DSC (Figure IV.19), l'enregistrement ayant été réalisé entre 30°C et 350°C. Les conditions d'étude sont identiques à celles de la résine pure, car elles correspondent à un taux de réticulation adéquat.

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Chapitre IV Résultats et discussion

Puissance (mw)

1% TiO2 2% TiO2 5% TiO2 10% TiO2

Température (°C)

Figure IV.19 : DSC de la RTM6 à 135°C à 10°C.min^-1 à différents taux de TiO₂

Taux de TiO2 (%) 0	1	2	5	10
Htotal (J.g^-1) 79,15	86,41	133,28	135,01	104,41

Tableau IV.6 : L'énergie totale de réaction de la RTM6 à différents taux de TiO₂

D'après la figure (IV.19) et le tableau (IV.6) on constate qu'aux faibles taux de TiO₂ la réticulation augmente et pour des taux de TiO₂ plus important la réticulation diminue, empêchant la réticulation de la Résine et entraînant une augmentation de la dureté (et donc des propriétés mécaniques).

d /dt (1/°C)

Temps (s)

1% TiO2 2% TiO2 5% TiO2 10% TiO2

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Figure IV.20 : Vitesse de réaction de la RTM6 à différents taux de TiO₂

Les courbes obtenues Figure (IV.20) de la vitesse de réaction de la RTM6 à différents taux de TiO₂ semblent avoir toute la même allure, le décalage observé correspondant à un ralentissement du phénomène de réticulation dû aux taux élevés de TiO₂.

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