MATVIT

New designs for vitrimer materials and composites having enhanced thermomechanical, viscoelastic and (re)processing properties

 

Objectif

MATVIT propose développement d’une nouvelle génération de matériaux vitrimères possédant des propriétés thermomécaniques, viscoélastiques et de re-processing améliorées. MATVIT est le premier projet sur les vitrimères financé par l'ANR, avec le Laboratoire d’Ingénierie de Matériaux Polymères (IMP), le laboratoire Matière Molle et Chimie (MMC) et le Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites (IPC) comme partenaires.

Les thermodurcissables sont des matériaux polymères dans lesquels les liaisons chimiques maintiennent un réseau 3D permanent reliant toutes les chaînes de polymères. Ils possèdent une résistance thermomécanique de loin supérieure à celle des thermoplastiques. Cependant, les thermodurcissables adoptent une forme permanente et ne peuvent être ni retraités ni recyclés.

Les Vitrimères, dont l'initiative a été lancée en 2011 par Leibler et al* et mis en évidence par le Prix de l'inventeur européen 2015, surmonte les inconvénients des thermodurcissables en intégrant dans ces réseaux des liaisons transversales covalentes dynamiques qui sont gérés par des réactions d'échange en équilibre chimique.

À hautes températures, l'équilibre chimique est suffisamment rapide pour promouvoir la réorganisation des réseaux à grande échelle, permettant ainsi la déformation plastique, le retraitement, le recyclage ou la soudabilité. Par ailleurs, à basse température, le remaniement des liaisons chimiques est extrêmement lent et les Vitrimères se comportent comme des réseaux interconnectés en permanence avec un service à long terme et une excellente résistance aux solvants. Ce comportement unique parmi les polymères organiques confère aux Vitrimères un nouveau type de matériaux polymères à la frontière entre les thermoplastiques et les thermodurcissables (Figure1).

Toutefois, une forte limitation des Vitrimères est leur incapacité à être traités à des débits élevés en utilisant par exemple de procédés comme l'injection ou l'extrusion, en raison de réactions d'échange insuffisamment rapides et des viscosités trop élevées à des températures empêchant leur dégradation.

 

Figure 1. Les matériaux Vitrimères réunissent les meilleurs attributs et les propriétés thermodurcissables et des thermoplastiques. 

 

Dans ce contexte, MATVIT propose de développer plusieurs matériaux avancés qui bénéficient des caractéristiques uniques des Vitrimères et ainsi que des solutions originales contournant leurs limitations actuelles.

L’objectif est de développer une nouvelle génération de matériaux vitrimères possédant des propriétés thermomécaniques, viscoélastiques et de recyclage meilleures que celles des matériaux thermodurcissables et thermoplastiques actuels.

Ainsi, démontrer le potentiel des matériaux vitrimères dans des applications industrielles clés en utilisant des technologies de pointe.

Au sein du consortium, le Centre technique Industriel de la Plasturgie et des Composites (IPC) a pour mission la mise en œuvre et caractérisation de composites Vitrimères pré-contraints, ainsi comme la mise en œuvre de thermoplastiques vitrimères vulcanisés (TPVs) à haut point de fusion et le contrôle de la morphologie.

 

* D. Montarnal, M. Capelot, F. Tournilhac, L. Leibler Science 2011, 334, 965.

 

Enjeux

Les objectifs de recherche ambitieux et multidisciplinaires du projet iront bien au-delà des frontières actuelles des connaissances sur les matériaux vitrimères. Deux systèmes seront étudiés et développés :

  • Thermoplastiques vitrimères vulcanisés (TPVs), dont la nanostructure est gérée par les liaisons transversales échangeables
  • Composites vitrimères pré-contraints renforcés par des fibres et dotés de propriétés mécaniques améliorées.

 

Projet financé par : 

 

Partenaires

IMP - Université de Lyon (coordinateur) • MMC - ESPCI • IPC

         

 

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