Essai de valorisation du carbone graphite recupere

Le monde où nous vivons présente une grande diversité de matériau. Depuis sa création, les hommes cherchaient à réunir les divers objets existants dans cette planète pour satisfaire leur besoin. Ainsi, il leur a fallu trouver des composés capables d’assembler. Un composé nommé « colles ».

Depuis l’âge des pierres, les hommes ont eu recours aux diverses matières premières animales et végétales qui leur servaient pour fixer leurs armes ou leurs outils. Les chasseurs de cette époque fixaient avec du bitume les pointes en os aux tiges de leurs flèches. 3000 ans avant Jésus Christ, la fabrication de colles, d’adhésifs animaux et végétaux remonte approximativement en Grèce, en Egypte ou en Chine antique pour la réparation ou l’assemblage des objets. Le grec Dédale peut être considéré comme le véritable inventeur de la technique d’assemblage par collage. Dans l’ancienne Egypte, on fabriquait des adhésifs végétaux à base de matières amylacées (contenant de l’amidon) additionnées avec d’autres substances pour coller les bois et les pierres. Des colles animales principalement constituées de gélatine sous toutes leurs formes avaient été également fabriquées à cette époque. En Chine antique, les laques et adhésifs servaient pour peindre et traiter la soie. En 1337, le moine Théophile est à l’origine de l’une des plus anciennes fabrications d’adhésif fusible (hot–melt). Il fit fondre du soufre et le fit refroidir très rapidement de façon à en obtenir la phase élastique. Les lames de couteaux, les flèches et les fers de lance étaient collés à leurs manches en bois au moyen de ce hot-melt.

L’invention de l’imprimerie au 16ème siècle relança l’utilisation des colles et entraîna l’amélioration des adhésifs animaux et végétaux (gomme arabique et sère de l’acacia principalement extraites de l’acacia africain, latex des plantes à caoutchouc). Par la suite, au 18ème siècle, les colles trouvaient leur vraie place et furent l’objet d’amélioration constante avec leur industrialisation. Vers 1850, l’invention de la vulcanisation du caoutchouc naturel suivie de celle du premier adhésif semi-synthétique marquait l’amélioration des propriétés des polymères naturels [TOUT COLLER, 2008]. Vers 1900, la nitration de la cellulose fit prendre un nouveau tournant des adhésifs. Grâce à cette matière semi synthétique, on a pu fabriquer le celloide [SCHINDEL, 1992]. Les colles modernes synthétiques apparaissaient au 20ème siècle.

GENERALITES

Définition

Selon Larousse, le mot colle vient du mot grec « kolla », qui signifie gomme. Elle est définie comme étant une substance ou préparation capable de maintenir ensemble, par adhérence durable, des matériaux en contact [LAROUSSE, 2008]. Par ailleurs, le terme adhésif est également utilisé pour désigner une colle. On peut aussi trouver d’autres termes définissant la colle comme :
– les résines qui sont des polymères assurant les principaux rôles de la colle, c’est à dire elles sont responsables de l’adhérence ou de l’assemblage des supports
– et les vernis qui sont des colles blanches et deviennent transparentes après séchage.

Principe du collage

Plusieurs hypothèses ont été fournies pour expliquer le fonctionnement de la colle, mais aucune n’explique entièrement le phénomène, appelé adhésion [COGNARD, 2002].

Adhésion
L’adhésion est une liaison interfaciale. Les forces de liaison peuvent être soit d’origine physico-chimique, soit d’origine mécanique.
– L’adhésion physico-chimique regroupe la création de liaisons covalentes, électrostatiques et de Van der Waals entre l’adhésif et le matériau.
– L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. Par exemple, par ancrage mécanique, un matériau rugueux collera mieux qu’un matériau parfaitement lisse.

Le phénomène d’adhésion, qui a lieu dans la phase d’enduction et d’application fait intervenir plusieurs facteurs [COGNARD, 2002a ; MIZA, 1999 ; LAGRACIE, 1998] :
– Le mouillage : en général, plus l’adhésif mouille le matériau, c’est-à-dire lorsque la tension superficielle de l’adhésif est petite, l’énergie de surface du solide est grande et l’énergie interfaciale faible.
– L’adsorption physique : l’adhésion peut être assurée par des forces d’attraction intermoléculaires de Van der Waals (force de dispersion, force d’induction, liaison dipole-dipole et liaison hydrogène), qui n’agissent qu’à très faible distance, de l’ordre de 0,5 nm.
– Les forces de liaisons chimiques : elles se développent lorsque les molécules ou atomes du substrat et de l’adhésif sont susceptibles de mettre en commun un certain nombre d’électrons et de réaliser ainsi des liaisons ioniques ou covalentes. Ces phénomènes sont de première importance dans le cas des adhésifs car les liaisons chimiques mettent en jeu des énergies très importantes. Ce qui explique, en partie, l’excellente adhérence des polyuréthanes (contenant des groupements réactifs – NCO qui réagissent avec les groupements -OH de certains substrats) sur de nombreux substrats (plastiques, bois).
– La distance adhésif-substrat : l’importance de ces diverses liaisons dans le phénomène de collage dépend de l’écartement entre les molécules de colle et du substrat. Les collages les plus efficaces sont obtenus pour des écartements très faibles de l’ordre de Angström, d’où l’intérêt d’un bon mouillage et d’un bon pressage des surfaces entre elles au moment de l’assemblage.

Prise de la colle

Après l’assemblage des deux matériaux ou substrats, la colle doit durcir ou sécher, afin de donner une liaison solide, mécaniquement résistante entre les deux matériaux : c’est le phénomène de prise de la colle. Le mode de prise des colles et adhésifs dépend de leur nature physique et chimique. La vitesse et la durée de prise dépendent du type de formulation, de l’humidité, de la température, de l’épaisseur du joint, etc [LAVIELLE, 1989].

Classification

Il est possible de classer les colles selon plusieurs critères. Par exemple, on peut les classer selon leur nature (colle d’origine animale, végétale, minérale ou synthétique). Il est aussi possible de les classer selon leur composition [SCHINDEL, 1992 ; BRUNEAUX, 2004 ; RAMA, 1978]. Ainsi, on recense 9 principales familles de colles et d’adhésifs :
– Les adhésifs époxydes ;
– Les adhésifs polyuréthanes réactifs ;
– Les colles thermodurcissables (UF, PF, MF, RF) ;
– Les adhésifs à base de monomères polymérisables ;
– Les adhésifs acryliques ;
– Les adhésifs hot melts ou thermofusibles ;
– Les plastisols PVC ;
– Les adhésifs élastomères ;
– Les colles émulsions vinyliques et copolymères.

On peut classer les colles à résines en deux grandes catégories : les résines à prise physique où le collage est déterminé par un mécanisme physique et les résines à prise chimique où l’adhésion est déterminée par une réaction chimique [TOUT COLLER, 2008].

Propriétés conductrices

Les colles sont des isolants électriques [WIKIPEDIA, 2008]. Son utilisation dans le domaine électronique a été considérée comme limitée, mais depuis quelques années, l’utilisation de colle comme alternative à la soudure (difficilement réalisable au niveau de petits éléments électroniques surtout) semble faire l’unanimité pour les utilisateurs. Ces colles sont appelées des colles électroconductrices. D’après la généralité, on constate qu’il existe une immense diversité de colle, mais ce mémoire est consacré principalement sur l’étude des colles électroconductrices.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1. RAPPORT BIBLIOGRAPHIQUE
1. GENERALITES
1.1. Définition
1.2. Principe du collage
1.2.1. Adhésion
1.2.2. Prise de la colle
1.3. Classification
1.4. Propriétés conductrices
2. COLLES ELECTROCONDUCTRICES
2.1. Les agents conducteurs
2.1.1. L’argent
2.1.2. Le graphite
2.1.2.1. Les graphites naturels
2.1.2.2. Les graphites artificiels
2.1.2.3. Mise en solution du graphite
2.1.2.4. Applications
2.1.3. Le nickel
2.1.4. Le cuivre
2.2. Les résines
2.2.1. Les époxy
2.2.2. Les acrylates
2.2.3. La gomme et le latex
2.2.4. Les autres résines
2.2.4.1. Les polyuréthanes
2.2.4.2. Les cyanoacrylates
2.2.4.3. Les méthyles silanes polymères : (M.S polymères)
2.2.4.4. Les silicones
3. INTERET DES COLLES ELECTROCONDUCTRICES
4. CONCLUSION
CHAPITRE 2. ETUDE EXPERIMENTALE
1. ETUDE DES COLLES ELECTROCONDUCTRICES FABRIQUEES
1.1. Préparation des colles électroconductrices
1.1.1. Analyse du graphite utilisé
1.1.1.1. Analyse dispersive en énergie (EDX)
1.1.1.2. Résultats expérimentaux
1.1.2. Paramètres mis en jeu
1.1.2.1. Concentration du carbone graphite
1.1.2.2. Granulométrie du carbone graphite
1.1.2.3. Type de colles ou de résines utilisées
1.2. Caractérisation des colles
1.2.1. Teneur en extrait sec
1.2.1.1. Principe
1.2.1.2. Mode opératoire
1.2.2. Viscosité
1.2.2.1. Principe
1.2.2.2. Mode opératoire
1.2.3. Densité
1.2.3.1. Principe
1.2.3.2. Mode opératoire
1.2.4. pH
1.2.4.1. Principe
1.2.4.2. Mode opératoire
1.2.5. Résistivité
1.2.5.1. Principe
1.2.5.2. Mode opératoire
1.2.6. Conductivité
1.3. Résultats et discussions
1.3.1. Préparation des échantillons
1.3.2. Caractérisation des colles
1.3.2.1. Influence du grammage
1.3.2.2. Influence du type de résines
1.3.2.3. Influence de la granulométrie du carbone
1.3.3. Discussions
2. COMPARAISON DES COLLES COMMERCIALISEES ET DES COLLES FABRIQUEES
2.1. Caractérisation des colles commerciales
2.2. Colle époxy
2.3. Colle acrylique
2.4. Colle silicone
2.5. Mesure de la résistance au cisaillement par essai de traction
2.5.1. Matériels et méthodes
2.5.2. Résultats expérimentaux
2.5.3. Interprétation
3. DISCUSSIONS
3.1. Composition du graphite
3.2. Comportement du graphite
3.2.1. Etude de la qualité des graphites
3.2.1.1. Analyses par diffraction des rayons X
3.2.1.2. Résultats expérimentaux
3.2.2. Contact intergranulaire
3.2.3. Effet de broyage
4. CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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