inicio
Download
Skip this Video
Download Presentation
Inicio

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 36

Inicio - PowerPoint PPT Presentation


  • 105 Views
  • Uploaded on

Etude calorimétrique et diélectrique de nanocomposites silicones. Inicio. N. Andrés Pérez 27 novembre 2008 Sous la direction de: J.L. Augé et A. Sylvestre. Sommaire. Contexte Problématique Elaboration des échantillons Résultats / discussion Rappel transitions thermiques

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Inicio' - nitesh


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
inicio

Etude calorimétrique et diélectrique de nanocomposites silicones

Inicio

N. Andrés Pérez

27 novembre 2008

Sous la direction de:

J.L. Augé et A. Sylvestre

sommaire
Sommaire
  • Contexte
  • Problématique
  • Elaboration des échantillons
  • Résultats / discussion
    • Rappel transitions thermiques
    • Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)
    • Spectroscopie Diélectrique
  • Conclusions / perspectives
contexte 1

Objectif de notre étude:

Renfort

micrométrique

Renfort

nanométrique

Impact sur les pptés

du nanocomposite

Contexte (1)
  • Intérêt des élastomères silicones pour l’isolation électrique HT:
  • Propriétés:
    • Diélectriques
    • Hydrophobes
    • Environnementales (résistance UV)
    • Stabilité thermique [-80°C; 250°C]
    • Mécaniques  renfort (composite*)

polymère composite = Matrice polymère + renfort (charges micrométriques)

Isolateur MT

(Dowcorning)

contexte 2
Contexte (2)
  • Qu’est-ce qu’un polymère nanocomposite?
  • Polymère composite dont:
  • taux charge < 10%
  • taille de charges: au moins une dimension<100nm
    • 1D nanométrique = nanofeuillet
    • 2D nanométrique = nanotube/fils
    • 3D nanométrique = nanoparticule

Nanoparticules de silice

J. B. Gordon , Nanofluids;

http ://web.mit.edu/nnf)

Nanofils d’oxides de zinc

Z. Chen et al., J. of crystal Growth, 265:482–486, 2004.

contexte 3
Contexte (3)
  • Faible taux de renfort
  •  modification des propriétés:
      • mécaniques,
      • diélectriques,
      • stabilité thermique,
      • dégradation en surface,…

Comparaison: conductivité polyimide (PI) et nanocomposites PI/SiO2

Y. Cao et al., IEEE TDEI,11(5), 2004

Évolution du module d’élasticité Nylon 6

J. B. Gordon , Nanofluids;http ://web.mit.edu/nnf)

probl matique
Problématique
  • Dispersion non homogène des charges
    • agglomération
    • percolation
    • reproductibilité
  • Lois physiques domaines micro
  • et macro ne sont plus applicables.
  • Effets d’interface dominants:
    • grande surface spécifique
    • particule/polymère
    • particule/particule

Nanocomposite PA6 (5% SiOx 17;80nm) E. Reynaud et al., Polymer,2001, 42

Schéma: morphologie de nanocomposites.

N.D. Alberola et al.,Polymer composites, April 2001, 22(2).

propri t s physiques tudi es
Propriétés physiques étudiées
  • Dérive et corrélation des propriétés:
    • Transitions thermiques
    • Relaxations diélectriques, conductivité électrique

Calorimétrie Différentielle à BalayageDifferential ScanningCalorimetry

Spectroscopie Diélectrique

DielectricSpectroscopy

elaboration des chantillons
Elaboration des échantillons
  • Matrice PDMS 1h à 150°C (sous vide)
  • Mélange matrice/réticulant (10min)
  • Moulage
  • Dégazage 20min
  • Pressage 24h (Tamb)
  • Matrice et nanoparticules 1h à 150°C (sous vide)
  • Mélange matrice/nanoparticules (1h)
  • Mélange réticulant (10min)
  • Moulage, dégazage 20min
  • Pressage 24h (Tamb)
scenarii morphologie finale
Scenarii: Morphologie finale
  • µparticule de silice dans LSR
  • Distribution homogène (faible taux charge)
  • Agrégation de nanoparticules (taux élevé)
  • Image TEM nanoparticules
rappel transitions thermiques

Semi-cristallin

Amorphe

caoutchoutique

mobilité

moléculaire

élevée

Vitreux

Rappel: Transitions thermiques

refroidissement lent

Cristallisation

Tc

refroidissement rapide

rappel transitions thermiques1

Amorphe

vitreux

Amorphe

caoutchoutique

Transition

Vitreuse

Tg

Cristallisation

Froide

Tcc<Tc

Fusion

Tm

Rappel: Transitions thermiques

réchauffement

Perkin Elmer DSC 7

Vitesse chauffe max:500°C/min,

Plage température: –170°C; 725°C.

Sensibilité: 0,002mW.

dsc effet du taux de nanoparticules
DSC: Effet du taux de nanoparticules

10°C/min

-100°C/min

Pour le LSR

Tg =-127°C ,Tcc=-101°C, Tm=-46°C

Avec ajout des charges:

Tg reste inchangée

Tccaugmente NC(1,3,5)

Tcc diminue pourNC10

Tm reste inchangée

cristallisation pendant le refroidissement
Cristallisation pendant le refroidissement

LSR cristallise à -76,5 °C

Avec l’ajout des charge:

Tc(NC)<Tc(LSR)

NC1, NC3 :Tc -87°C

NC5, NC10 :Tc [-84, -82]°C

Amplitude du pic:

LSR > NC

Largeur du pic

LSR < NC

cristallisation isotherme
Cristallisation isotherme

1% nano

0% nano

LSR cristallise à -70 °C en 84s

NC1 cristallise à –79°C en 230s

conclusions sur l tude calorim trique
Conclusions sur l’étude calorimétrique
  • Avec l’ajout des nanoparticules:
    • Tg reste inchangée
    • Tcc:
      • Augmente NC(1 à 5%)
      • Diminue pour NC10
    • Tm reste inchangée
    • Tc (isotherme) diminue de 9°C pour NC1
    • Hypothèses avancées:
    • Modification du processus de cristallisation:
        • Nanoparticules = centres de germination.
        • Les nanoparticules réduisent la mobilité moléculaire et de ce fait une réduction de la croissance des germes (1 à 5% nano)
    • Comportement microcomposite (10% nano)
dispositif exp rimental
Dispositif expérimental
  • Spectromètre
    • [0,01 Ω ;1014 Ω]
    • [3μHz ; 10MHz]
  • Linkam
    • [-130 °C ; 200°C]
  • Echantillons
    • Électrodes en or (évaporé)
propri t s di lectriques du lsr 1khz
Propriétés diélectriques du LSR (1kHz)
  • Par spectroscopie diélectrique:
    • Tα=-122°C
    • Tα2=-109°C
    • Tcc=-102°C
    • Tm=-46°C
  • Transitions thermiques identifiées par DSC:
    • Tg=-127°C
    • Tcc=-101°C
    • Tm=-46°C
  • Remarque: pas d’équivalent en DSC de Tα2

0% nano

hypoth ses pic 2
Hypothèses pic α2
  • 1: Deuxième transition vitreuse?
  • 2: Relaxation PDMS contraint zones cristallines?
  • 3: Processus de cristallisation (nullement lié à mécanisme de relaxation)?
hypoth se 1
Hypothèse 1
  • Nanocomposites étudiés
  • Pas d’agent de couplage (adsorption non assurée)
  • Chaînes libres pas éliminées
  • Adsorption (encombrement, confinement)
  • Faibles interactions polymère/nanoparticule

Tsagaropoulos et Eisenberg, Macromolecules,

Vol. 28, 1995

hypoth se 2
Hypothèse 2
  • PDMS / Silica (50 vol%)
  • 3 relaxations
    • (1) α relaxation pic (-120°C)
    • Relaxation PDMS (bulk)
    • (2) et (3) relaxations des chaînes adjacentes à surface SiO2
    • Kirst et al, Macromolecules, 26 (5), 1993.

Modèle multicouche

hypoth se 3

Kao, Dielectric phenomena in solids, Elsevier academic press 2004

Hypothèse 3
  • Conclusion:
  • Pic α2 = effet combiné de:
    • diminution du facteur de pertes avec T
    • “saut” ε’ lors de Tcc
  • Nullement lié à un processus de relaxation diélectrique
effet des nanoparticules sur la r ponse di lectrique
Effet des nanoparticules sur la réponse diélectrique
  • A basse T on retrouve le comportement du LSR
  • A haute température une autre relaxation semble apparaître
etude haute temp rature
Etude à haute température

Relaxation MWS = probablement associé à de l’adsorption d’eau en surface des nanoparticules. Résultats à confirmer.

MWS= relaxation Maxwell-Wagner-Sillars

effets des nano sur la conductivit lectrique
Effets des nano sur la conductivité électrique
  • À taux de charge égal:
  • Diminution de la conductivité lorsque les charges ont une taille nano
  • Avec l’augmentation du taux de charge:
  • La conductivité diminue pour les nano et augmente pour les micro
conclusions and perspectives
Conclusions and Perspectives
  • Ajout des nanoparticules
    • Pas d’impact sur la transition vitreuseni sur Tm
      • Plage de Température d’utilisation non modifiée
    • Effet significatif sur la température de cristallisation.
      • réduction de la croissance des germes.
    • Diminution de la conductivité.
      • Propriétés isolantes accrues
  • Perspectives:
  • Étudier l’impact de nanoparticules:
      • tailles différentes
      • de nature différente de particules
  • Étude morphologique (dispersion homogène)
effet de taille et type des nanoparticules
Effet de taille et type des nanoparticules

nanocharges de taille différente:

Tg reste inchangée

Tccsimilaire LRS, 3μm et 80nm

Tcc augmente pour 15nm

Tm reste inchangée

nanocharges de type différent:

Tg, Tcc et Tm similaire pour SiOx 15nm et ZnO 20nm

etudes syst mes pdms silice
Etudes systèmes PDMS/silice
  • • Tg indépendante:
    • – poids moléculaire
    • – vitesse de refroidissement
    • – réticulation de la matrice polymère
    • – taux de charge
  • • Tcc modifiée par tous ces facteurs: cristallisation pendant le refroidissement.
  • • Tm directement lié à la cristallisation suivie pendant:
  • - refroidissement
  • - réchauffement

Aranguren, Polymer, Vol. 39 (20)

1998, 4897-4903

ad