Dispersion des nanotubes de carbone à l’aide de copolymères triblocs dans des matrices en polyamide :
Relation morphologie-propriétés élctriques.

Résumé

Nous nous sommes intéressés à l’optimisation de la dispersion des nanotubes de carbone (CNTs) dans une matrice semi-cristalline : le polyamide 6 (PA-6), et une matrice vitreuse : le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). Nous avons réalisé des dispersions dans le PA-6 et le PMMA par voie fondu. Nous avons montré que la conductivité et le seuil de conductivité étaient nettement améliorés après un post traitement thermique, quelle que soit la matrice (PMMA ou PA-6). Dans le cas du PMMA, l’étude cinétique de la conductivité en fonction de la température nous a permis de préciser le mécanisme de formation de contacts entre CNTs observé dans le fondu. Une étude structurale et morphologique des composites de PA-6 a été réalisée. Nous montrons la disparition des sphérolites de PA et avons mis en évidence la croissance de lamelles trans-cristallines de PA-6 perpendiculairement à la surface des CNTs. Les CNTs ont aussi été dispersés à partir d’un pré-composite copolymère à blocs/nanotube. Le copolymère à blocs utilisé est un polystyrène-b-polybutadiène-b-polyméthacrylate de méthyle (SBM), les différences de compatibilité de chaque bloc avec les CNTs, la matrice ou le solvant sont utilisées pour stabiliser et disperser les CNTs. L’utilisation du SBM a permis d’améliorer l’état de dispersion dans les deux matrices pour deux méthodes de dispersion : par voie solvant et par voie fondu. Dans le PA-6, l’utilisation du SBM a également permis d’abaisser le seuil de conductivité, grâce à une localisation spécifique des CNTs. Ils sont localisés à l’interface PA-6/SBM pour les pré-composites réalisés par voie fondu et dans la matrice PA-6 pour les pré-composites réalisés par voie solvant.

 

Mots-clés: Composite, Nanotube de carbone, Polyamide, Copolymère à bloc, Conductivité, Cristallinité

Abstract

We are interested in optimizing the carbon nanotubes (CNTs) dispersion in polyamide-6 (PA- 6): a semi-crystalline matrix, and in poly(methyl methacrylate) (PMMA): an amorphous matrix. Dispersions in PA-6 and PMMA are achieved by melt mixing. The conductivity and the percolation threshold are improved with a thermal process for the PMMA and PA-6 matrix. In PMMA, kinetic study of the isothermal conductivity helps us to specify the formation of contacts between CNTs in the melt. A morphological and structural study of the PA-6 composite shows the absence of PA-6 spherulite and the growth of PA-6 transcrystalline lamellae perpendicular to the surface of the CNTs. After, the direct dispersion of the CNTs in the matrix, they are dispersed with a masterbatch of triblock copolymers and CNTs. In this latter case, poly(styrene)-b-poly(butadiene)-b-poly(methyl methacrylate) (SBM) was the triblock copolymers employed. The affinity of each block of the copolymer with the CNTs, the matrix or the solvent can be used to improve the dispersion and the stabilisation of the CNTs by a melt and solution mixing. In the PA-6, the percolation threshold decreases when using the SBM/CNTs masterbatch, due to the specific location of the CNTs. In particular, they are localized at the PA-6/SBM interface for the dispersion by melt mixing and in the PA-6 matrix for the dispersion by solution mixing.

 

 Key Words: Composite, Carbon nanotube, Polyamide, Block copolymers, Conductivity, Cristallinity.