Comparative study of the structural, thermomechanical, optical, and dielectric properties of two graphite-reinforced epoxy polymers : experiment and modeling
Etude comparée des propriétés structurales, thermomécaniques, optiques et diélectriques de deux polymères époxydes renforcés au graphite : expérience et modélisation
Résumé
Two thermosetting polymers, Bisphenol A Diglycidyl ether (DGEBA) and Triglycidyl-p-aminophenol (TGAP), cured by the same agent, diethylenetriamine (DETA), were characterized and compared from a structural (by FTIR and XRD), thermal (by DSC and TGA), thermomechanical (by DMTA), optical (by UV-VIS spectroscopy) and dielectric (by impedance spectroscopy) viewpoint. Somme differences were highlighted and allowed to correlate structures to properties. Interfacial relaxations identified only for TGAP (from impedance spectroscopy), were associated with nanostructures present within this polymer, as revealed by XRD. Another difference concerns the nature of the band gap optical transition. A new approach derived from the Tauc relation, was considered, and allowed to discriminate the two transitions, direct for DGEBA and indirect for TGAP. This approach also allowed to highlight some singularities difficult to distinguish on the initial spectra.The same studies were carried out on these two polymers, reinforced with graphite at rates lower than 1% by mass. From the thermomechanical viewpoint, no significant variation was observed on the TGAP/graphite samples, whereas a stiffness improvement was observed for the DGEBA/graphite samples, for which the storage modulus increases by nearly 50% for 0.1%-0.3% graphite. This increase due to the densification of the cross-linked network, was accompanied by a transfer between the relaxations associated with short and long chains. Concerning the dielectric properties, an increase in the activation energy (of the order of 30%) related to the chains movement was observed on the DGEBA/graphite samples only, in perfect agreement with the thermomechanical results. The two composites also showed dissimilarities in terms of relaxation time distributions, activation temperature range and type of behavior Arrhenius or VFT.
Deux polymères thermodurcissables, le Bisphenol A Diglycidyl ether (DGEBA) et le Triglycidyl-p-aminophenol (TGAP), durcis par le même agent, le diéthylénetriamine (DETA), ont été caractérisés et comparés du point de vue structural (par FTIR et DRX), thermique (par DSC et ATG), thermomécanique (par DMTA), optique (par spectroscopie UV-VIS) et diélectrique (par spectroscopie d’impédance). Une différence entre les deux polymères a été mise en évidence et a permis d’établir une corrélation entre structures et propriétés. Des relaxations interfaciales identifiées par spectroscopie d’impédance uniquement dans le cas du TGAP, ont été associées à des nanostructures présentes au sein de ce polymère et révélées par DRX. Une autre différence concerne la nature de transition optique pour la bande interdite. Une nouvelle approche dérivée de la relation de Tauc, a été considérée et a permis de discriminer les deux transitions, directe pour le DGEBA et indirecte pour TGAP. Cette approche a également permis de mettre en évidence certaines singularités difficiles à distinguer sur les spectres initiaux.Les mêmes études ont été menées sur ces deux polymères, renforcés avec du graphite à des taux inférieurs à 1% en masse. Du point de vue thermomécanique, aucune variation notable n’a été observée sur les échantillons de TGAP/graphite, alors qu’une amélioration de la rigidité du DGEBA a été constatée pour 0.1% à 0.3% de graphite, avec une augmentation de près de 50% du module de stockage. Cette augmentation, due à la densification du réseau réticulé, s’est accompagnée par un transfert entre les relaxations associées aux courtes et aux longues chaines. Concernant les propriétés diélectriques, une augmentation de l’énergie d’activation (de l’ordre de 30%) liée au mouvement des chaines a été observée sur les échantillons de DGEBA/graphite uniquement, en parfait accord avec les résultats thermomécaniques. Les deux composites ont également montré des dissimilitudes du point de vue des distributions des temps de relaxation, de la gamme de température d’activation et du type de comportement (Arrhenius ou VFT).
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|