Carbon-based thermoplastic elastomer nanocomposites for electromagnetic interference shielding applications

Résumé

Cette thèse rapporte différentes approches pour obtenir des matériaux flexibles pour le blindage des interférences électromagnétiques (EMI). La relation entre la structure, les propriétés, le traitement et la performance des nanocomposites poly (styrène-b-éthylènebutylène-b-styrène) (SEBS) remplis de nanotubes de carbone (CNT), graphène (GnP) et GnP / CNT préparé par deux méthodes distinctes de mélange à l'état fondu a été étudiée. Dans une première étape, les nanocomposites SEBS / CNT ont été préparés avec succès par mélange à l'état fondu dans un mélangeur interne suivi d'un moulage par compression. Les nanocomposites SEBS / CNT ont présenté un seuil de percolation électrique faible avec la formation d'un réseau conducteur tridimensionnel commençant à environ 1% en poids de NTC. La conductivité électrique supérieure de 1 S.cm-1, qui représente une augmentation de 17 ordres de grandeur par rapport à la matrice, a été obtenue avec 8,0% en poids de CNT. L'efficacité maximale de protection contre les interférences électromagnétiques (EMI-SE) atteinte avec 15% en poids de CNT était de 30,07 dB. Cette efficacité correspond à une réduction de 99,9% du rayonnement électromagnétique incident. Dans une deuxième étape, des nanocomposites de SEBS / GnP et des nanocomposites hybrids de SEBS / GnP / CNT ont été préparés en utilisant les mêmes conditions de traitement utilisées dans la première phase. La caractérisation morphologique a montré que le SEBS / CNT présentait une meilleure dispersion des nanomatériaux de carbone et des interactions de charge-matrice plus élevées que SEBS / GnP. SEBS / GnP a présenté des valeurs de conductivité électrique plus faibles et EMI-SE par rapport au SEBS / CNT préparé dans la première phase. La conductivité électrique maximale était de 2,6 E-7 S.cm-1 et l'EMI-SE plus élevée était de 8,63 dB atteint avec 15% en poids de GnP. Cependant, le SEBS / GnP / CNT a présenté des effets synergiques concernant les propriétés de blindage par rapport aux nanocomposites binaires (SEBS / CNT et SEBS / GnP). L’ajout simultané des deux nanoparticules a amélioré la connexion du réseau conducteur électrique formé à travers le polymère, ce qui a entraîné une amélioration de l'EMI-SE. L'EMI-SE maximum de 36,47 dB, qui représente une atténuation de 99,98% du rayonnement incident, a été atteint pour le nanocomposite SEBS / GnP / CNT avec respectivement 5/10% en poids de GnP / CNT. Dans la dernière partie de ce projet, des nanocomposites SEBS / CNT et SEBS greffés à l'anhydride maléique (SEBS-MA) / CNT ont été préparés par mélange à l'état fondu et posttraités en utilisant deux techniques différentes, l'extrusion et le moulage par compression. Les résultats ont montré que la quantité de CNT, la présence de MA dans la matrice et la technique de moulage affectent les morphologies finales ainsi que les propriétés électriques, mécaniques et de blindage EMI des nanocomposites. Pour les nanocomposites préparés par extrusion, les propriétés électriques et mécaniques suggèrent que les NTC sont alignés dans la matrice. MA n'a pas amélioré les interactions entre CNT et la matrice. Cependant, le SEBS-MA présente un indice de fluidité à chaud plus élevé, qui affecte la dispersion et l'alignement du CNT et les propriétés finales des nanocomposites. Les nanocomposites préparés par extrusion présentaient des valeurs légèrement plus élevées du module de Young, de la résistance à la traction et de l'allongement à la rupture par rapport à ceux préparés par compression. En revanche, les nanocomposites préparés par compression présentaient un seuil de percolation électrique plus faible et une conductivité électrique en courant alternatif et un EMI-SE plus élevées. L'EMISE plus élevée était de 56,73 dB, ce qui représente une réduction de 99,9996% du rayonnement incident, obtenu par SEBS / CNT avec 8% en poids de CNT préparé par compression. Cependant, le nanocomposite de SEBS / CNT avec 5% en poids de CNT préparé par extrusion présentait le meilleur équilibre entre EMI-SE et les propriétés mécaniques.

Date	19 janv. 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Nicole R. Demarquette (Directeur(-trice)) & Guilherme M.O. Barra (Codirecteur(-trice))