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Matériaux composites

Les matériaux composites combinent différentes propriétés de deux ou plusieurs matériaux pour former un nouveau matériau aux propriétés différentes de celles des composants individuels. Ce qui distingue les composites des solutions solides et des mélanges est le fait que leurs composants individuels restent séparés et distincts. L'étude et la compréhension des propriétés des matériaux composites sont donc cruciales pour leur application. Vous trouverez ci-dessous un article sur les investigations rhéologiques de polypropylène renforcé par des nano-chargeurs biogéniques en tant que matériau d'impression 3D haute résistance, et sur la caractérisation de la taille des pores des cadres organométalliques (MOFs) avec la technique d'adsorption de gaz. Avec des décennies d'expérience dans les domaines de la rhéologie et de l'adsorption des gaz, Anton Paar est le meilleur partenaire possible en ce qui concerne les dispositifs pour les investigations rhéologiques ou les analyseurs d'adsorption des gaz.  

Polypropylène renforcé par des nano-chargeurs biogéniques comme matériau d'impression 3D haute résistance

[1]

Introduction

La cellulose nanocristalline (CNC) a récemment été au centre de l'attention de la communauté scientifique en tant que matériau de renforcement naturel pour les polymères, suite à la quête omniprésente d'une ingénierie verte et d'une durabilité accrue. Le CNC est généralement synthétisé par hydrolyse de fibres cellulosiques raffinées provenant de la pâte de bois. Ici, ce matériau de renforcement naturel est introduit dans du polypropylène recyclé imprimable en 3D pour améliorer les caractéristiques mécaniques du polymère afin de développer un matériau à haute résistance adapté à la fabrication par filament fondu (FFF). Les propriétés pertinentes pour le traitement, telles que la viscosité de fusion, sont également surveillées pour garantir une imprimabilité impeccable du nouveau nanocomposite et ainsi maintenir les possibilités polyvalentes offertes par la fabrication additive.

Montage expérimental

Fabrication de matériaux : Le CNC compatibilisé a été mélangé dans la matrice de polypropylène recyclé à des taux de charge de 5 vol%, 10 vol%, et 15 vol%. Des filaments avec des diamètres extérieurs moyens compris entre 1,5 mm et 1,8 mm ont ensuite été produits par extrusion. Les filaments sont montrés dans la figure ci-dessous. Techniques de caractérisation : Une analyse mécanique dynamique a été réalisée sur un Anton Paar MCR 702e MultiDrive équipé d'un entraînement linéaire pour caractériser le comportement mécanique du matériau représenté par son module de stockage et de perte ainsi que par son facteur de perte. Des mesures rhéologiques de cisaillement ont été effectuées sur un Anton Paar MCR 702e MultiDrive pour déterminer la viscosité de fusion du matériau en tant que propriété fondamentale pertinente pour le traitement.

Résultats et discussion

Les nanocomposites montrent une augmentation du module de stockage avec l'augmentation de la teneur en charges, tandis que la plus grande augmentation est détectée pour le nanocomposite avec la plus haute teneur en charges. Ainsi, les caractéristiques mécaniques sont améliorées avec succès par l'introduction de l'usinage CNC dans la matrice de polypropylène tout en n'utilisant que des renforts provenant de sources renouvelables. La viscosité augmente avec l'augmentation de la teneur en charges lorsqu'elle est déterminée avec un rhéomètre capillaire directement pendant l'extrusion des filaments. Il est intéressant de noter que lors de l'exécution d'investigations rhéologiques de cisaillement consécutives sur les filaments extrudés, la viscosité diminue avec l'augmentation de la teneur en charges. À mesure que les échantillons s'assombrissent pendant ces mesures, cet effet est attribué à une dégradation thermique du compatibilisant qui met en évidence la sensibilité du matériau envers l'impression 3D. Néanmoins, les nanocomposites ont conservé leur imprimabilité comme le prouvent plusieurs impressions réalisées du nouveau matériau.

Informations complémentaires

Instruments :

Sources : La recherche a été partiellement réalisée dans le cadre du projet financé par le FFG « Natural3D » par Dr. Joamin Gonzalez-Gutierrez et Åste Brune Tomren de la Chaire de Traitement des Polymères, Montanuniversitaet Leoben.

  1. Gonzalez-Gutierrez, Joamin, et al. "Fabrication additive de composants métalliques et céramiques par l'extrusion de matériaux de polymères hautement chargés : Un examen et des perspectives futures." Matériaux 11,5 (2018) : 840.

Rapport d’application

Caractérisation de la taille des pores des cadres organométalliques (MOFs)

Introduction

Les cadres métalliques organiques sont des solides cristallins avec des volumes de pores et des surfaces très élevés, et, en tant que tels, beaucoup sont des candidats pour le stockage de gaz et la séparation des gaz. Théoriquement, la taille des pores peut être calculée par diffraction des rayons X et d'autres techniques de diffusion. Cependant, la sorption de gaz a la capacité unique de sonder directement l'espace poreux, révélant ainsi des informations supplémentaires sur la véritable nature du matériau (la porosité est-elle accessible ?). En tant que tel, il peut confirmer l'adéquation - ou non - des matériaux candidats pour de telles applications de stockage de gaz. De plus, des informations telles que la chaleur d'adsorption peuvent être calculées à partir des isothermes mesurés à différentes températures.

Montage expérimental

Techniques de caractérisation : N2 (77 K), Ar (87 K) et des mesures de sorption de gaz d'hydrogène (77, 87, 97 K) sur des MOFs ont été réalisées à l'aide d'un analyseur de sorption de gaz autosorb iQ MP (volumétrique sous vide). Avant l'analyse, l'échantillon de MOF a été dégazé à température ambiante pendant 48 heures sous un vide de pompe turbomoléculaire. Les isothermes à 77 K et 87 K ont été obtenus en refroidissant les échantillons avec de l'azote liquide et de l'argon liquide, respectivement. La mesure de l'isotherme d'hydrogène à 97 K a été effectuée à l'aide d'un dispositif cryostat.

Résultats et discussion

N2 (77 K) et Ar (87 K) isothermes ont été mesurés sur un nouveau MOF de Cu. L'isotherme Ar (87 K) a montré un changement structurel du MOF lors de l'adsorption d'Ar en raison de l'hystérésis mesurée en dessous de p/p0 = 0,4. La distribution de la taille des pores a été calculée à partir de l'isotherme Ar en utilisant le modèle de pores cylindriques oxydiques (zéolite) NLDFT, et a montré des pores centrés autour de 0,5 nm. Lesisothermes ont été mesurés à 3 températures différentes, et le graphique résultant de la chaleur d'adsorption a été calculé en fonction de l'équation de Clausius-Clapeyron. La chaleur d'adsorption a été trouvée autour de 6,5 kJ/mol. Ce Cu MOF avait un potentiel d'adsorption élevé pour H2, ce qui en fait un candidat potentiel pour des applications de stockage de gaz hydrogène.

Informations complémentaires

Instruments :
  • Autosorb IQ
  • Cryocooler

Source: D. Lassig et al; Angew. Chem. Int. Ed. (2011) 50: 10344-10348 Rapport d'application :

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