The effect of formulation and processing conditions on the morphology, physical, mechanical, and thermal properties of polyolefin elastomer and natural rubber foams

Avec le développement toujours croissant des sciences et des technologies, ainsi que de la prise de conscience sociale, de plus en plus d'exigences sont imposées à la production et aux propriétés de tous les matériaux, en particulier les mousses polymériques. En particulier, les mousses de caoutchouc, comparées aux mousses thermoplastiques en général, ont une plus grande flexibilité, une résistance à l'abrasion, des capacités d'absorption d'énergie, un meilleur rapport résistance-poids et une résistance à la traction plus élevés, ce qui conduit à leur utilisation généralisée dans plusieurs applications telles que l'isolation thermique, l'absorption d'énergie, les capteurs de pression, les absorbants, etc. Pour contrôler la microstructure des mousses de caoutchouc conduisant à d'excellentes propriétés physiques et mécaniques, deux types de paramètres jouent un rôle important. La première catégorie est liée à la formulation, y compris le caoutchouc (type et grade), ainsi que le type et la teneur en accélérateurs, charges et agents moussants. La deuxième catégorie est associée aux paramètres de fabrication tels que le procédé de mise en œuvre (injection, extrusion, compression, etc.), ainsi que différentes conditions liées au moussage (température, pression, nombre d'étapes et temps). Dans ce travail, l'effet de ces différents paramètres liés à la formulation et aux conditions de moussage sur les propriétés morphologiques, mécaniques physiques et thermiques des mousses de caoutchouc/élastomères est étudié. Le projet est divisé en deux parties principales en fonction des types de matrices : les élastomères polyoléfiniques (POE) et le caoutchouc naturel (NR). Tout d'abord, l'effet de différents agents moussants à base d'azodicarbonamide (ADC) est examiné dans les mousses POE et 4 phr (parties par cent caoutchouc) est sélectionné comme, concentration optimale en fonction du meilleur comportement morphologique et du point de vue économique. Ensuite, l'effet de la température de moulage, comprenant la température moyenne (T[indice avg]) et la différence de température (ΔT), sur la morphologie, les propriétés mécaniques (traction, compression et dureté) et la conductivité thermique des mousses POE est étudié. Deux séries d'échantillons sont produites en fixant T[indice avg] avec différents ΔT ou en fixant différents ΔT conduisant à différentes T[indice avg]. Les analyses morphologiques ont montré que deux ou trois régions à l'intérieur des mousses sont produites en fonction des conditions de moulage, chaque région ayant une structure cellulaire différente en termes de taille de cellule, densité de cellules et géométrie de cellules. Les résultats montrent une plage de densité (0,55-0,72 g/cm³), de module de traction (0,44-0,70 MPa) et de module élastique de compression (0,35-0,71 MPa) avec une conductivité thermique comprise entre 0,125 et 0,180 W/m.K. Dans la deuxième partie du projet, la teneur optimale en agent moussant p,p'-oxybis(benzène-sulfonyle hydrazide) (OBSH), la température et le temps de moussage sont obtenus respectivement à 6.5 phr, 150°C et 36 min pour les mousses NR préparées avec 40 phr de noir de carbone (CB). Ensuite, l'influence du remplacement du CB par des nanoparticules de silice (SiO₂) recyclées est étudiée. La concentration totale de nanocharges est fixée à 40 phr, tandis que le rapport CB/silice est modifié de 40/0 à 0/40. La mousse NR basée sur un système hybride (20/20) produit une structure plus homogène, améliorant l'étape de nucléation des cellules, conduisant à la plus petite taille de cellule (18 µm) et à la densité de cellule la plus élevée (8,8×10³ cellules/mm³) en raison de l'interaction réduite entre les charges et d'une meilleure dispersion des particules. Cette morphologie cellulaire améliorée génère des performances mécaniques et d'isolation thermique supérieures, y compris le module de compression le plus élevé (2,7 MPa), la résistance à la compression (1,9 MPa) et la résilience (96,6%) combinées avec la conductivité thermique la plus faible (0,114 W/m.K) à une densité de 0,652 g/cm³. Néanmoins, la mousse avec 40 phr de silice présente un module de compression (26%) et une résistance à la compression (15%) plus élevés par rapport à l'échantillon de référence ayant 40 phr de CB, principalement en raison de sa densité de réticulation plus élevée. Enfin, la silice recyclée, étant une alternative appropriée et durable au CB à base de pétrole, montre des propriétés mécaniques et d'isolation thermique supérieures par rapport à une qualité commerciale de silice pour les mousses NR.

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