Nouvelle Génération de Matériaux Polymères conducteurs à base de graphène – MACOPHENE

L?objectif de ce programme de recherche et de développements industriels est l?élaboration de matériaux polymères conducteurs à base de graphène présentant également des propriétés mécaniques de tenue à la fatigue. Un domaine d?application de ces nouveaux matériaux multifonctionnels est le domaine du blindage électromagnétique que l?on rencontre dans de nombreux secteurs industriels tels que, par exemple, l?industrie automobile et aéronautique. Les matériaux composites conducteurs résultent le plus souvent de l?association de polymères isolants électriques et de particules de noir de carbone ou de charges métalliques. Une solution est l?utilisation de particules à facteur de forme élevé comme les NanoTubes de Carbone (NTCs) qui ont suscité un grand intérêt de l?industrie. Toutefois en raison de leur facteur de forme élevé (L/d>100 généralement), ces charges nanométriques de type 1D sont à l?origine de matériaux fortement anisotropes. De plus, il subsiste de nombreuses interrogations sur la toxicité potentielle de ces nanotubes. Une option alternative est apparue très récemment sur la base de travaux relatifs au graphite. Les feuillets élémentaires du graphite, connus sous le nom de graphène, présentent également d?excellentes propriétés électriques tout en en ayant un coût moins élevé. Toutefois, le graphène en tant que tel présente de faibles propriétés mécaniques. La solution d?élaborer un nanocomposite polymère à base de graphène est donc particulièrement séduisante pour beaucoup d?applications. La dispersion du graphite dans une matrice polymère à l?échelle du graphène reste à l?heure actuelle un réel verrou scientifique et technologique. Les interactions physico-chimiques entre le renfort et la matrice doivent donc être favorisées par rapport aux interactions entre les nano-charges. L?obtention d?une dispersion nanométrique de la charge est essentielle afin de maîtriser les propriétés finales du composite et elle repose le plus souvent sur une modification chimique de la surface de cette charge. Le greffage de chaînes polymères bien définies sur ces différents supports est alors un moyen de créer des réseaux bi-dimensionnels ordonnés sur une grande distance et donc d?améliorer la cohésion et les propriétés du nanocomposite obtenu. Le projet MACOPHENE, que la société Hutchinson propose en partenariat avec le Laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP, UMR 5223, Lyon) et le Laboratoire d?Ingénierie des Polymères pour les Hautes Technologies (LIPHT, UMR 7165, Strasbourg), décrit donc une recherche pour l?élaboration de nanocomposites élastomères chargés de feuillets individualisés de graphène. L?objectif de ce programme est d?élaborer des matériaux composites à base de graphite pour le blindage électromagnétique et répondant à des critères de fatigue. L?approche proposée repose sur une nouvelle voie de modification chimique des feuillets de graphite couplée à une action de mélange de type élongationnel. En termes de résultats escomptés, on souhaite obtenir à l?issu de ce projet, des matériaux à base de silicone ou de polyéthylène chargés par des feuillets de graphène possédant de bonnes caractéristiques de conductivité électrique surfacique (<50?/m2). Plusieurs produits finaux sont envisagées : revêtements de substrats inorganique (verre) ou polymères (PET, PVDF, PMMA) par des films de silicone/graphène subissant a posteriori une étape de réticulation par hydrosilylation. Des films polymères co-extrudés dont l?un de ces films est un nanocomposite PE/graphène. La tenue en fatigue de ces matériaux est également un objectif prioritaire pour satisfaire pleinement des applications industrielles réelles. Le champ des applications potentielles peut s?étendre aux électrodes de batterie et d?actuateurs et à l?électronique souple (tags RFID par exemple)