Phénomène de porosité et instabilités ductiles dans les matériaux hybrides polyéthylène/argile

De nombreuses études actuelles traitent des mélanges de polymère avec de l’argile. Elles sont fréquemment référencées sous le nom de nanocomposites car elles se focalisent sur la dispersion à l’échelle nanométrique des feuillets d’argile. Cette faible dimension fait que les taux de charge sont peu importants. Les nanocomposites présentent potentiellement beaucoup d’intérêt face aux composites conventionnels. Toutefois beaucoup d’études ne sont pas encore concluantes. Le présent travail s’attache à décrire l’existence de phénomènes indésirables dans les mélanges polymère/argile, et cherche à comprendre l’origine de tels mécanismes. Plusieurs mélanges à base de polyéthylène, d’argile organophile et d’agents compatibilisants ont été réalisés avec des conditions de mise en œuvre variées (mélangeur interne, extrusion bivis et monovis…). Dans quelques cas, l’allongement à la rupture chute de manière catastrophique. La diminution de la ductilité semble dépendre fortement de la mise en œuvre. Les faciès de rupture révèlent l’existence de porosité. La « pseudo-fragilité » de certains mélanges pourrait être reliée à la taille des pores. Dans certains cas, les pores atteindraient des tailles critiques, éventuellement par coalescence, qui empêchent l’éprouvette dans son ensemble de supporter l’étirement même si localement le polymère reste ductile, tandis que dans d’autres cas, les dimensions des cavités sont plus faibles, de sorte que localement les chaînes peuvent se réorganiser à tout instant, et donc la striction se propage sur toute la longueur de l’éprouvette. Cette porosité de la structure ainsi mise en évidence pourrait être l’explication des résultats de perméabilité médiocres de ces échantillons. Quelques résultats complémentaires viennent montrer comment les techniques communes qui permettent de caractériser le degré d’exfoliation de l’argile (DRX, MET, Rhéologie), sont insensibles à ce genre de phénomènes