Description

Les thermoplastiques semi-cristallins sont largement utilisés pour leur facilité de mise en oeuvre et leur recyclabilité, mais présentent des limitations en termes de propriétés mécaniques et de stabilité dimensionnelle. À l’inverse, les réseaux polymères dynamiques de type vitrimère, notamment basés sur des chimies époxy, offrent des propriétés de relaxation de contrainte et de durabilité accrues. L’association de ces deux classes de matériaux sous forme de systèmes multiphasiques constitue une voie prometteuse pour développer des matériaux à la fois performants et recyclables.
L’objectif principal de cette thèse est d’établir des relations formulation-procédé-structure dans des mélanges associant thermoplastiques et réseaux vitrimère époxy. Il s’agira en particulier de comprendre comment les conditions de mise en oeuvre contrôlent la morphologie (dispersion, fibrillation, co-continuité) et, en retour, les propriétés d’écoulement et les propriétés mécaniques des matériaux.
La démarche reposera sur la préparation de mélanges par voie fondue (compoundage et injection), en s’appuyant sur un plan d’expériences de type D-optimal permettant d’explorer efficacement les paramètres clés (composition, température, vitesse de cisaillement, temps de séjour). Cette approche permettra de construire une base de données structurée reliant formulation, conditions opératoires et morphologie résultante.
La caractérisation sera menée à plusieurs échelles. La morphologie sera étudiée par microscopie optique, MEB et AFM, ainsi que par diffusion de la lumière (SALS/WALS) afin de quantifier l’organisation des phases et l’anisotropie induite par l’écoulement. Les propriétés rhéologiques à l’état fondu permettront d’analyser les mécanismes d’écoulement, tandis que des essais mécaniques (traction, DMA) évalueront les performances des matériaux. Enfin, la recyclabilité mécanique sera étudiée par reprocessing afin d’évaluer la stabilité des propriétés au cours de cycles de transformation.
Les résultats attendus concernent l’établissement de cartographies procédé-morphologie–propriétés, ainsi qu’une meilleure compréhension du rôle des réseaux vitrimer dans la structuration et la stabilisation de ces systèmes multiphasiques. Ces travaux contribueront à la conception de matériaux polymères recyclables compatibles avec les procédés industriels.

Le travail de thèse s’articulera autour de deux axes principaux :
• Préparation et caractérisation des réseaux vitrimères : Synthèse et optimisation de réseaux époxy vitrimère(DGEBA/SA, DGEBA/CHDA), avec une attention particulière portée à l’homogénéité des réseaux. Les propriétés thermiques et viscoélastiques seront caractérisées (DSC, rhéologie), ainsi que la cinétique de relaxation (essais de relaxation de contrainte). Des analyses à l’échelle nanométrique (AFM) permettront d’identifier d’éventuelles hétérogénéités.
• Élaboration et caractérisation de mélanges vitrimères/thermoplastique : Les mélanges seront préparés par voie fondue (micro-mélangeur, injection), en s’appuyant sur un plan d’expériences de type D-optimal afin d’explorer efficacement l’espace des paramètres (composition, température, cisaillement, temps de séjour). La morphologie des mélanges sera étudiée à différentes échelles de l’échelle nanométrique jusqu’à l’échelle macroscopique (microscopie optique, MEB, AFM, SALS/WALS). En parallèle, une caractérisation complète des matériaux sera réalisée incluant rhéologie à l’état fondu, essais mécaniques (notamment par traction), analyse thermomécanique (DMA) et évaluation de la recyclabilité mécanique par remise en œuvre par le même procédé.

Compétences requises

• Master en science des matériaux, physico-chimie des polymères ou génie des procédés • Connaissances en polymères et particulièrement en caractérisation (rhéologie, caractérisation thermique et structurelle) • Intérêt pour le travail expérimental et la mise en oeuvre des matériaux • Goût pour les approches pluridisciplinaires

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Mots clés

vitrimères, mélanges polymères, thermoplastiques semi-cristallins, rhéologie, morphologie, recyclage