Matériaux ultra-souples et hyper-élastiques à base de copolymères à brosse

Les tissus biologiques sont des matériaux présentant un comportement à la fois ultra-souple et hyper-élastique. La réalisation de matériaux synthétiques mimant leurs propriétés mécaniques est aujourd’hui un véritable challenge. En effet, en raison d’un seuil limite de module d’élasticité créé par l’enchevêtrement des chaînes, l’utilisation de simples polymères linéaires ne permets pas d’obtenir de telles propriétés. C’est pourquoi, une stratégie visant à réaliser des matériaux à partir de copolymères à brosses a été développée. Ces matériaux présentant des comportements mécaniques similaires à ceux de tissus biologiques ont été obtenus par auto-assemblage de copolymères à blocs de type ABA. Dans le travail présenté ici et effectué en collaboration avec l’Université de Caroline du Nord de Chapel Hill et l’Université d’Akron, les blocs A se composent de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) linéaire et le bloc central B, d’une brosse de polydiméthylsiloxane (PDMS). Ces copolymères ont été synthétisés en faisant varier les fractions volumiques et les degrés de polymérisation de chacun des blocs. Leurs propriétés mécaniques, module d’élasticité et allongement à la rupture, obtenues lors d’essais de traction, dépendent particulièrement des paramètres moléculaires.Afin d’effectuer la corrélation entre les paramètres moléculaires et les propriétés mécaniques, l’étude de l’organisation structurelle de ces copolymères a été réalisée à l’aide de la microscopie à force atomique et de mesures de diffusion des rayons X (USAXS-SAXS). L’analyse des structures à l’état statique a permis d’établir l’architecture adoptée lors de l’auto-assemblage des copolymères à brosse, la conformation des brosses de PDMS dans la matrice ainsi qu’à l’interface avec le PMMA. Des analyses dynamiques in-situ ont également été réalisées par SAXS afin de définir l’évolution des structures au cours d’une déformation uniaxiale.L’ensemble des résultats obtenus a permis d’établir la corrélation entre les dimensions structurelles et les paramètres moléculaires. Ces résultats, obtenus à partir de l’état statique et sous étirement des échantillons, ont permis d’expliquer les propriétés mécaniques exceptionnelles de ces matériaux.