Structure et propriétés viscoélastiques de l’interphase dans les mélanges PE/PA/nanoargile J. Ville, I. Labaume, P. Médéric, J. Huitric et T. Aubry Equipe Rhéologie, Laboratoire d’Ingénierie des Matériaux de Bretagne EA 4250 Université de Bretagne Occidentale, 6 avenue Victor Le Gorgeu, CS 93 837, 29 238 Brest cedex 3, France. Résumé : Dans cette étude, des mélanges de polymères immiscibles Polyéthylène (PE)/Polyamide (PA) chargés d’argile (C30B) sont élaborés par malaxage simultané des composants à une fraction de phase dispersée nodulaire (PA) de 20% et une fraction massique d’argile, φ C30B , variant de 1 à 4% par rapport au PA. L’observation des échantillons au microscope électronique en transmission montre que la localisation de l’argile à l’interface matrice/nodule favorise la formation d’une interphase, présentant des défauts de localisation et d’empilement. Une étude comparative menée sur des systèmes ternaires, élaborés à partir de différents couples de polymères PE/PA, a souligné le rôle que les chaînes de PE pourraient jouer au sein des défauts de l’interphase. Par ailleurs, la caractérisation par diffraction des rayons X a mis en évidence une intercalation partielle des chaînes de PA dans l’espace interfoliaire. Tous ces résultats tendent à souligner la complexité structurale de l’interphase polyamide/argile/polyéthylène. Pour des mélanges suffisamment chargés d’argile (φ C30B >2%) présentant une taille de nodules indépendante de la fraction d’argile et une interphase totalement développée, la contribution visqueuse de l’interphase est mise en évidence et un temps de relaxation de l’interphase, pouvant atteindre la minute, est déterminé à partir des spectres des temps de relaxation. A toutes les fractions massiques d’argile étudiées, les propriétés viscoélastiques de l’interphase ont été discutées à partir du modèle de Palierne en termes de modules interfaciaux complexes de cisaillement et de dilatation. Les résultats montrent que les modules interfaciaux complexes peuvent être décrits par un modèle de Maxwell, conduisant à la détermination d’un module interfacial plateau et d’un temps caractéristique. Ces grandeurs sont peu dépendantes du taux de charges au-delà d’une fraction massique d’argile de 2%. Mots-clé : mélanges de thermoplastiques immiscibles, nanoargile, structure, rhéologie, interphase. 1. Introduction Au début du siècle dernier, Ramsden [1] et Pickering [2] ont montré que l’ajout de fines particules solides dans des émulsions de fluides faiblement visqueuses pouvait conduire à stabiliser les émulsions. Beaucoup plus récemment, plusieurs études ont été consacrées à l’apport de nano-charges, telles que des nano-charges argileuses lamellaires, dans des mélanges de polymères immiscibles [3-7]. Toutes ces études soulignent l’importance de la localisation de l’argile dans les mélanges de polymères immiscibles chargés : l’argile n’a pas le même effet selon qu’elle est dans la matrice [4], dans la phase dispersée [5] et/ou à l’interface matrice/nodule [6,7]. Dans cette étude, nous focalisons notre attention sur la caractérisation structurale et rhéologique de mélanges ternaires polyéthylène (PE)/polyamide (PA)/argile (C30B), à morphologie nodulaire, pour lesquels l’argile est localisée à l’interface matrice/nodule. Dans ce cas, la caractérisation en diffraction des rayons X indique que la présence d’argile à l’interface conduit à la formation d’une interphase argile/PA-intercalé [7]. L’observation au microscope électronique en transmission permet de visualiser, aux faibles taux de charges, les défauts de localisation à l’interface puisque les nodules ne sont pas totalement recouverts d’argile ; en outre, les défauts d’empilement de l’interphase sont matérialisés, à des taux de charges plus élevés, par une hétérogénéité de l’épaisseur de l’interphase [7]. La caractérisation rhéologique de ces systèmes permet d’une part de déterminer les propriétés viscoélastiques de l’interphase et, d’autre part de révéler la complexité des mécanismes de relaxation. En effet, les spectres de relaxation mettent en évidence deux temps caractéristiques, en plus de celui de la matrice : l’un, de l’ordre de quelques secondes, associé à la relaxation de forme des nodules, et l’autre, dont la durée peut atteindre une minute, attribué à la contribution de l’interphase. La complexité de ces mécanismes de relaxation de l’interphase dépend non seulement des chaînes de PA intercalées dans l’espace interfoliaire [7] mais aussi des chaînes de PE qui peuvent être piégées dans des défauts de l’interphase [8]. Dans ces conditions, il est important de mieux comprendre le rôle des phases polymères au sein de l’interphase. L’objectif de cette contribution est donc de mener une étude comparative sur des systèmes ternaires, préparés avec différents couples de polymères, puis de montrer le rôle de chacun des polymères sur les propriétés viscoélastiques et, in fine, sur la relaxation de l’interphase. 2. Matériaux et méthodes 2.1 Matériaux Deux PE et deux PA 12, de viscosité et d’élasticité différentes, conduisant à quatre couples PE/PA de caractéristiques distinctes, ont été utilisés.