Phénomènes physico-chimiques aux interfaces fibre/matrice dans des composites SMC structuraux PDF Download
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Author: Thibaut Benethuilière
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Languages : fr
Pages : 370
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Author: Thibaut Benethuilière
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Languages : fr
Pages : 370
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Author: Guillaume Fradet
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Languages : fr
Pages : 0
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Ces travaux de thèse portent sur la physico-chimie de l'interface fibre/matrice appliquée aux composites Carbone/Carbone. La surface des fibres de carbone est modifiée par divers traitements de surface (voie gazeuse et voie humide). L'impact de ces différents procédés sur l'état de surface des fibres a été évalué par chromatographie gazeuse en phase inverse à dilution infinie, MEB, AFM, MET, RAMAN... Suite à ces caractérisations, des traitements de surface ont été retenus pour la réalisation de composite C/C. Les propriétés notamment mécaniques des matériaux composites à interfaces modulées (force de la liaison fibre/matrice) ont pu être évaluées. Finalement, il a pu être établi une relation entre modifications de surface des fibres de carbone et comportement macroscopique des composites C/C.
Author: Emmanuel Klinklin
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Languages : fr
Pages : 0
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Les fibres de carbone ex-PAN ont une structure fibrillaire qui découle de celle précurseur polyacrylonitrile. Leur surface est constituée à la fois de zones de plan basal peu réactives et de zones plus réactives où émergent majoritairement des bords de couches de carbone. La proportion de chacune de ces zones varie d'une fibre à l'autre, leur conférant ainsi des réactivités de surface très différentes. Les traitements de surface améliorent l'adhérence interfaciale grâce à des modifications structurales et chimiques de la surface. L'importance de chacun de ces phénomènes est fonction de la réactivité intrinsèque de la fibre. Pour une fibre très réactive un gain d'adhésion n'est possible que par un greffage chimique. En revanche, pour une fibre mieux organisée, les changements structuraux sont aussi importants que les modifications chimiques. Les ensimages sont employés pour protéger les fibres de carbone contre les dommages, pour préserver leur réactivité et pour faciliter leur manipulation. Afin d'obtenir un transfert de charge optimal, de la matrice aux fibres, les ensimages doivent remplir trois conditions simultanément : - assurer une bonne adhésion entre la fibre et l'ensimage, - assurer une bonne adhésion entre l'ensimage et la matrice, - posséder des caractéristiques physico-chimiques et mécaniques intrinsèques correctes pour ne pas créer d'interphase aux propriétés médiocres
Author: Elvire Maroni
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Languages : fr
Pages : 100
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DETERMINATION DE LA STRUCTURE DES INTERFACES PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION. PHENOMENES DE DIFFUSION INTERFACIALE, PARAMETRES DE DIFFUSION EN VOLUME, COMPORTEMENT AUX HAUTES TEMPERATURES (750-1100 C)
Author: René Pailler (auteur d'une thèse de sciences.)
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Languages : fr
Pages : 200
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CONDITIONS OPTIMALES D'ELABORATION, NATURE DES INTERACTIONS FIBRES-MATRICE EN TI PUR, EFFETS D'ADDITIONS (COMPOSITES AVEC TA6V=6% AL-4% V), CORRELATIONS ENTRE L'INTENSITE DES PHENOMENES PHYSICO-CHIMIQUES AUX INTERFACES ET CERTAINES PROPRIETES MECANIQUES A L'AIDE D'ESSAIS EN FLEXION
Author: Anas El Maliki
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Languages : fr
Pages : 172
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L'utilisation croissante de matériaux composites renforcés par des fibres de carbone et, principalement, ceux à base d'élastomères requiert la maîtrise des phénomènes interfaciaux entre la fibre et la matrice. Le but de cette étude est d'évaluer la capacité interfaciale de transfert de charge mécanique de la matrice à la fibre dans des composites modèles à monofilament au moyen du test de fragmentation. Des systèmes constitués de fibres de carbone de haute résistance et de matrices à caractère élastomère ont été étudiés. La plupart des résultats ont été analysés en accord avec un modèle récent reliant la résistance au cisaillement interfacial à l'énergie réversible d'adhésion W, montrant que les interactions physico-chimiques entre la fibre et la matrice déterminent, pour une large part, le comportement mécanique de l'interface. Cependant pour les systèmes fibre-matrice considérés, le résultat majeur est que les valeurs expérimentales DE s'écartent considérablement des prévisions théoriques. Les modèles micromécaniques retenus dans cette étude et concernant l'influence sur le processus de fragmentation soit d'un phénomène de friction apres décohésion interfaciale, soit de la contribution des énergies cohésives des matériaux en présence, n'ont pu expliquer que très partiellement les résultats obtenus. lors du test de fragmentation, un effet viscoélastique dissipatif dépendant de la vitesse d'élongation et de la température, ne peut être totalement exclu, et montrerait si l'on se place dans l'analyse de de Gennes, que la vitesse du processus de rupture à l'interface fibre-matrice est élevée. Toutefois, l'hypothèse de la présence d'une interphase de type vitreux a toute température reste la plus prometteuse pour expliquer un tel comportement. Ces interphases, analysées également dans d'autres études, interviendraient alors sur le processus de fragmentation par le biais de leur module d'élasticite. L'ensemble des résultats obtenus a ainsi trouvé une explication logique. D'autre part, il est concevable que l'existence d'une telle couche interfaciale au voisinage des fibres puisse affecter les performances finales de tels matériaux
Author: VERONIQUE.. HOUGET
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Languages : fr
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CE TRAVAIL CONCERNE D'UNE PART L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DE COMPOSITES CIMENT-FIBRES ORGANIQUES ET D'AUTRE PART, L'ANALYSE MICROSTRUCTURALE DES INTERFACES FIBRES-MATRICE. SEPT FIBRES SONT CHOISIES: POLYAMIDE, POLYACRYLONITRILE, POLYESTER, POLYPROPYLENE POLYVINYLALCOOL, POLYARAMIDE ET CARBONE. LES DOSAGES EN FIBRES VARIENT ENTRE 0,35 ET 6%. LES RESULTATS OBTENUS SUR DES COMPOSITES RENFORCES PAR DES FIBRES LONGUES MONTRENT QU'IL EXISTE UNE CERTAINE ADHERENCE DES FIBRES QUI PEUT ETRE ESTIMEE A PARTIR D'UNE MODELISATION DE TYPE BETON ARME. DANS LES COMPOSITES A FIBRES COURTES, LA PORTLANDITE EST LE PRINCIPAL HYDRATE PRESENT A L'INTERFACE FIBRE-MATRICE. ELLE ENTRE EN REACTION CHIMIQUE AVEC LES FIBRES DE POLYESTER ET CONDUIT A UNE FRAGILISATION DU COMPOSITE AU COURS DU TEMPS. DANS D'AUTRE CAS, ELLE EMPECHE LE GLISSEMENT DES FIBRES ET DIMINUE LA DUCTILITE DU COMPOSITE (POLYVINYLALCOOL, POLYACRYLONITRILE). POUR LES FIBRES DE POLYAMIDE ET DE POLYPROPYLENE, LA DUCTILITE EST CONSERVEE DANS LE TEMPS. AVEC LES FIBRES DE POLYARAMIDE ET DE CARBONE, ON OBTIENT DES COMPOSITES FRAGILES
Author: Thomas Salard
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Languages : fr
Pages : 298
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Le contexte environnemental actuel contraint l'industrie automobile à trouver des solutions pour réduire les émissions de CO2 des véhicules. Une des voies développées consiste à alléger les véhicules en substituant les matériaux à densité élevée comme l'acier par des matériaux plus légers comme les composites. Parmi eux, les SMC (Sheet Molding Compound), généralement employés pour des applications semi-structurales, aspirent à des applications structurales, à condition d'améliorer leurs performances mécaniques (notamment en choc et en fatigue). Les SMC sont composés d'une phase polymère organique (réseau polyester ou vinylester associé à un additif anti-retrait), de charges inorganiques et de fibres de renfort. Cette étude s'est concentrée sur le rôle de la matrice (phase organique + charges) sur les propriétés à la rupture de formulations SMC à fibres de verre et fibres de carbone. Trois axes de recherche ont été développés : i) Analyse de l'existant en évaluant le rôle de l'additif anti-retrait et celui des charges sur les propriétés mécaniques de matrices SMC, ii) Renforcement de matrices SMC par l'utilisation de particules core-shell (CSR), iii) Evaluer le rôle de la matrice sur les SMC à partir des précédents résultats. Dans un premier temps, il a été montré que l'ajout d'un additif de type polystyrène, initialement immiscible dans une résine polyester, conduit à une diminution de la résistance au choc. L'impact de l'augmentation du taux d'un additif initialement miscible (polyester saturé ou polyacétate de vinyle) de faible Tg est gouverné par deux effets antagonistes : la présence de plus en plus importante d'une phase souple renforçante et le développement de microvides qui dégradent les propriétés mécaniques. Puis, l'effet des charges inorganiques a été analysé. Il a été montré que l'ajout de CaCO3 conduisait à une amélioration de la résistance à la propagation de fissure. La résistance à l'amorçage de fissure semble être liée au retrait de polymérisation. La diminution des propriétés à la rupture en présence de microsphères de verre a été démontrée. L'utilisation de charges alternatives a également été explorée. Dans un second temps, des matrices vinylester ont été renforcées par des particules core-shell, qui ont démontré leur efficacité en augmentant considérablement la résistance au choc et la ténacité des systèmes. Des analyses microscopiques ont permis d'identifier des mécanismes de renforcement. Enfin, le rôle de la matrice sur les SMC a été évalué. Ainsi, une augmentation du taux d'additif dans les SMC renforce la matrice et modifie probablement la résistance de l'interface fibre-matrice, entraînant une augmentation de la résistance au choc. L'ajout CaCO3 dégrade cette propriété. De plus, celui-ci masque l'effet renforçant des particules core-shell. Enfin, sur composites à fibres de carbone sans CaCO3, l'ajout de particules CSR permet d'augmenter jusqu'à 20% leur résistance au choc et d'améliorer leur tenue en fatigue.
Author: Magali Rollin
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Languages : fr
Pages : 222
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Une gamme étendue de composites Carbone/Carbone (C/C) à interface modulée a été obtenue en traitant la surface de carbone (de type ex-polyacrylonitrile) avant densification par voie gazeuse. Les procédés d'élaboration sont basés sur l'imprégnation des préformes fibreuses par voie liquide et/ou la carboréduction d'oxydes déposés sur les fibres. La maîtrise de la carboréduction a nécessité l'étude approfondie des phénomènes physico-chimiques mis en jeu. A l'échelle de l'interface, les modifications apportées à la microstructure (présence de particules submicroniques de nature variée, rugosité des fibres, pontage chimique) résultent en une liaison fibre/matrice de force variable. Les propriétés mécaniques des interfaces ont pu être mesurées en mode de cisaillement et d'ouverture, à l'aide de techniques spécifiques, mises au point pour les composites C/C. Ces techniques combinent essais d'indentation (push-out) et de traction. L'étude menée a finalement permis d'établir des relations quantitatives et qualitatives entre les interfaces fibre/matice (microstructure et force de la liaison) et le comportement mécanique des composites C/C.
Author: Pierre Baudry
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La maîtrise de l'élaboration et du comportement industriel des matériaux composites 2D à matrice phénolique renforcés par des fibres de carbone pour les applications aéronautiques et spatiales implique la compréhension des phénomènes concomitants à la pyrolyse de ces matériaux. Les travaux présentés ici traitent des conséquences de la carbonisation (300-1250 K) de la matrice sur la structure, la morphologie et la composition des constituants de ces composites, sur les propriétés mécaniques des interfaces et des matériaux résultants. les propriétés physico-chimiques de surface des fibres de carbone étudiées ont d'abord permis d'expliquer les évolutions des contraintes en cisaillement interfacial mesurées sur des composites modèles traités à différentes températures. Un modèle d'évolution de la structure et de la morphologie des constituants et des interfaces au cours de la pyrolyse a ensuite été proposé et a permis d'expliquer les propriétés mécaniques de cohésion (porosité) du matériau suivant leurs propriétés interfaciales. La validité de ces conclusions a été éprouvée sur de nouveaux composites à matrice mixte carbone/SiC en corrélant les propriétés macroscopiques des matériaux et les propriétés interfaciales évaluées par traction cyclée. Cette thèse illustre les interactions entre propriétés interfaciales et propriétés macroscopiques des matériaux carbone/phénolique lors de leur pyrolyse, et propose des pistes pour l'évaluation des interfaces dans ces matériaux.
