Renforcement de matières fragiles : propriétés mécaniques des solides de particules assemblés à partir de particules hybrides greffées par polymère synthétisées par ATRP

L'effet de la modification par greffage de polymère sur la formation de structure et les caractéristiques mécaniques des solides de nanoparticules inorganiques (silice) est évalué en fonction du degré de polymérisation des chaînes greffées à la surface. Une transition des caractéristiques mécaniques de type ‘sphère dure’ à ‘type polymère’ des solides de particules est observée avec l'augmentation du degré de polymérisation des chaînes greffées. Le module élastique des solides de particules augmente d'environ 200 % et se stabilise à des poids moléculaires intermédiaires des chaînes greffées à la surface, une tendance rationalisée comme conséquence du module élastique déterminé par les interactions de dispersion entre les greffes polymériques. Une augmentation prononcée (d'environ un ordre de grandeur) de la ténacité à la rupture des solides de particules est observée lorsque le degré de polymérisation des chaînes greffées dépasse une valeur seuil similaire pour les greffes de polystyrène et de poly(méthacrylate de méthyle). La résistance accrue à la rupture est interprétée comme une conséquence de l'existence d'emmêlements entre les chaînes greffées à la surface qui entraînent une dissipation d'énergie lors de la rupture par déformation plastique microscopique et formation de fissures. Dans l'incertitude expérimentale, la transition vers des caractéristiques de déformation de type polymère est capturée par un modèle de mise à l'échelle en champ moyen qui interprète la structure de la coque polymère des particules greffées de polymère comme des systèmes effectifs à ‘deux phases’ composés d'une région interne étirée et d'une région externe relâchée. Le modèle est appliqué pour prédire le minimum de degré de polymérisation nécessaire pour induire des caractéristiques mécaniques de type polymère et ainsi établir des ‘critères de conception’ pour la synthèse de particules modifiées par polymère capables de former des structures solides de particules mécaniquement robustes et formables.