Use of tailored blend morphologies to obtain electrically conductive composites

Résumé

Cette thèse visait à concevoir des nanocomposites à base de polymères électriquement conducteurs avec une concentration seuil de percolation exceptionnellement basse grâce au contrôle de leur morphologie, et à évaluer comment cette morphologie, donc les propriétés électriques, seraient stables lors du post-traitement. Pour ce faire, les relations entre les propriétés morphologiques, électriques et rhéologiques du mélange polypropylène/polystyrène auquel des nanotubes de carbone multiparois (PP/PS/MWCNT) furent ajoutés, préparés par un procédé conventionnel de mélange à l'état fondu ont été étudiées. Des composites avec une concentration seuil de percolation (PTC) de 0,3 % en poids de MWCNT ont été obtenus en raison de l'effet de double percolation obtenu en utilisant la morphologie co-continue de la matrice PP/PS. Le PTC a encore été réduit à 0, 06% en poids de MWCNT lors de l'utilisation d'un traitement thermique basé sur l'effet d'exclusion de volume des cristaux de PP. Une conductivité électrique de 10-5 S.m-1 a alors été atteinte. Ceci représente une augmentation de la conductivité électrique de plus de10 ordres de grandeur si on compare à celle du mélange sans MWCNT. De plus, ce traitement thermique n’a pas affecté la morphologie co-continue du mélange PP/PS et donc ces propriétés furent conservées. Un modèle pour caractériser la morphologie co-continue des composites PP/PS/MWCNT en utilisant leur caractérisation rhéologique a été développé. La quantification de la morphologie effectuée par le modèle corrobore celle observée par microscopie électronique à balayage. Ce modèle a été utilisé pour évaluer la morphologie des composites soumis à un recuit thermique, utilisé pour améliorer les propriétés électriques. Le modèle a également été utilisé pour sonder l'évolution de la morphologie des composites PP/PS/MWCNT. Les résultats ont montré une légère diminution de la taille du domaine caractéristique pour les composites avec différentes concentrations de MWCNT, conduisant à une morphologie co-continue plus fine, en ligne avec les propriétés électriques mesurées. Plus précisément, le PTC a été réduit de 0,28 % en poids à 0,06 % en poids de MWCNT. Enfin, les propriétés électriques et morphologiques des composites co-continus PP/PS/MWCNT soumis à des déformations contrôlées ont été évaluées. Un équilibre délicat entre la concentration de MWCNT, la déformation de cisaillement et les taux de cisaillement (les paramètres d’écoulement), qui a affecté la morphologie et les propriétés électriques des composites, a été observé. La stabilisation de la morphologie et de la conductivité électrique ont été obtenus à des niveaux critiques de concentration de MWCNT.

Date	24 mai 2023
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Nicole R. Demarquette (Directeur(-trice)) & Éric David (Codirecteur(-trice))