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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux à matrice thermoplastique'
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Davies, Peter. "Comportement en délaminage des matériaux composites à matrice thermoplastique." Compiègne, 1987. http://www.theses.fr/1987COMPD094.
Full textAbstract:
La bonne résistance au délaminage de matériaux composites à matrice thermoplastique (AS 4/PEEK/AS 4/PPS et AS 4/PES) par rapport à des composites à matrice époxyde (T 300/914 et IM 6/6376) est mise en évidence dans cette étude. L'influence du mode de sollicitation sur la mécanique et les mécanismes de la rupture est tout d'abord considérée. Les résultats des essais de type mode I et mode II, statique et fatigue, mode mixte et mode III sont présentés. Dans le cas du mode II, l'emploi de quatre configurations d'éprouvette a permis une meilleure compréhension de cet essai. L'influence de la température et de la vitesse de sollicitation a ensuite été étudiée. Enfin, l'influence de la structure semi-cristalline dans les composites à matrice PEEK et PPS est analysée. Ces différents points aboutissent à une discussion critique de l'applicabilité des essais de délaminage aux matériaux à matrice thermoplastiqueThe delamination of thermoplastic matrix composites is studied by comparing the behaviour of unidirectional specimens of three of these (AS 4/PEEK, AS 4/PPS and AS 4/PES), with that of two carbon/epoxy materials (T300/914 and IM6/6376). First, the influence of loading mode is examined using fracture mechanics parameters and relating these to failure mechanisms. Results are presented for mode I and mode II (both static and fatigue), mixed mode and mode III tests. In the case of mode II, the use of four specimen configurations leads to an improved test methodology. Second, the influence of test temperature and loading rate are studied. Finally, the influence of semi crystalline matrix structure in the PEEK and PPS composites is evaluated. These tests are complemented by a critical discussion of the application of delamination tests to thermoplastic matrix composites
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Allié-Eberhardt, Catherine. "Influence du vieillissement hygrothermique de matériaux composites à matrice thermoplastique sur leurs propriétés." ENMP, 1993. http://www.theses.fr/1993ENMP0515.
Full text
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Bessard, Émeline. "Matériaux composites structuraux à base PEEK élaborés par thermo-compression dynamique : relation procédé-propriétés." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1893/.
Full textAbstract:
Cette étude a pour objectif d'explorer la mise en œuvre de composites C/PEEK par thermocompression par l'évaluation de deux semi-produits textiles (poudré et comélé) et en mettant à profit les capacités du pilote EDyCO doté de la technologie Cage System(r) qui offre de nouvelles perspectives d'optimisation de mise en œuvre de composites à matrice thermoplastique. La première partie est consacrée à l'étude de l'influence des semi-produits et des paramètres du procédé sur la consolidation. Des couples de paramètres favorables à l'imprégnation des renforts ont pu être proposés en montrant que la dégradation du PEEK influence la consolidation. Puis, la cristallisation et la cinétique de cristallisation du PEEK pur et renforcé ont été étudiée. Un modèle unifié a été proposé pour prédire les cinétiques de cristallisation en rendant compte du phénomène de double pics de fusion. Enfin, des cycles de mise en œuvre optimaux sont proposés et les propriétés mécaniques des composites sont évaluéesThe study objective is to investigate C/PEEK composites manufacturing by thermocompression by gauging two textile semi-products and by taking advantage of the EdyCO pilot capabilities featuring Cage System(r) technology. This process enables to reach high heating and cooling rate and to realise complex thermical cycles that offer new optimisation perspectives of application of thermoplastic resin composites. This work is about the study of manufacturing of two semi-products, the first one being a dry fabric of carbon powdered by PEEK, the other one being a multiaxial of continuous commingled yarns of C/PEEK. The first part of this work is focused on the study of the influence of semi-products and process parameters on consolidation phase of composite plates. Indeed, use of EDyCO pilot enabled to investigate high manufacturing temperature in order to suggest parameters propitious to reinforcement impregnation. The obtained results show that matrix degradation influences consolidation and that commingled structure may be harmful to impregnation. Cooling phase of thermo-compression cycle represents the second part of the this study. Thus, neat and reinforced PEEK crystallization and crystallization kinetics were characterised during anisotherm and isotherm cooling. A unified model was designed to predict crystallization kinetic of both neat and reinforced PEEK. This model describes PEEK crystallization as resulting from the contribution of two mechanisms to debrief of double melting peak phenomena. The influence of degradation is also analysed. To conclude this work, adapted optimal manufacturing cycles are proposed and mechanical properties are evaluated
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Peurton, Frédéric. "Nanocomposites à matrice thermoplastique et renforts plaquettaires : relations élaboration-structure-propriétés." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10168.
Full textAbstract:
Les nanocomposites à matrice polymère et renforts plaquettaires d'argile ont suscité un large effort de recherches académiques et industrielles. Ces investissements sont à la hauteur des espérances en termes de niveau de propriétés et de multifonctionnalité, par comparaison aux composites traditionnels. Le présent travail se concentre sur l'élément clé que constitue l'étape d' élaboration, en relation avec l'organisation structurale et les propriétés mécaniques. Une première partie s'attache à clarifier, dans le cas d'un nanocomposite à matrice PA6, la relation entre histoire thermomécanique lors de la mise en œuvre et organisation cristalline. Ces éléments sont mis à profit dans l'optimisation des propriétés des films obtenus par extrusion-gonflage. La seconde partie aborde l'élaboration des nanocomposites à matrice polymère biosourcée, l'acide polylactique (PLA), et renforts d'argile non traitée selon un procédé original d'extrusion avec ajout d'eau, en collaboration avec l'Université de Louvain La Neuve (Unité Hauts Polymères). Les films obtenus présentent une dispersion de fins agrégats d' argile intercalés par le PLA (tactoïdes) dont l'impact est particulièrement remarquable sur la réponse mécanique, en particulier en matière de propriétés ultimesNanocomposites based on polymerie matrix and clay reinforcements have created a huge effort from academic and industrial researches. This investments are recompensed by the significant amelioration of several properties in comparison to conventional composites. The present work is devoted to a key parameter which is the elaboration conditions, in relation to structural organizations and mechanical properties. The first part deals with the clarification, in case of Nylon 6 nanocomposites, of the relationship existing between thermo-mechanical history and crystalline organization. Those elements are then used in properties optimization of blown films. The second part of the work tackles the elaboration of nanocomposites with a biodegradable polymerie matrix (Polylactide) and an unmodified clay using an original process of water injection, in collaboration with the university of Louvain La Neuve (High Polymer Unit). The obtained films exhibit a dispersion of fine clay aggregates intercalated by PLA (tactoïdes). The presence of this dispersion gives raise to a remarkable mechanical behavior, especially in term of ultimate properties
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Peurton, Frédéric. "Nanocomposites à matrice thermoplastique et renforts plaquettaires : relations élaboration-structure-propriétés." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10168/document.
Full textAbstract:
Les nanocomposites à matrice polymère et renforts plaquettaires d'argile ont suscité un large effort de recherches académiques et industrielles. Ces investissements sont à la hauteur des espérances en termes de niveau de propriétés et de multifonctionnalité, par comparaison aux composites traditionnels. Le présent travail se concentre sur l'élément clé que constitue l'étape d' élaboration, en relation avec l'organisation structurale et les propriétés mécaniques. Une première partie s'attache à clarifier, dans le cas d'un nanocomposite à matrice PA6, la relation entre histoire thermomécanique lors de la mise en œuvre et organisation cristalline. Ces éléments sont mis à profit dans l'optimisation des propriétés des films obtenus par extrusion-gonflage. La seconde partie aborde l'élaboration des nanocomposites à matrice polymère biosourcée, l'acide polylactique (PLA), et renforts d'argile non traitée selon un procédé original d'extrusion avec ajout d'eau, en collaboration avec l'Université de Louvain La Neuve (Unité Hauts Polymères). Les films obtenus présentent une dispersion de fins agrégats d' argile intercalés par le PLA (tactoïdes) dont l'impact est particulièrement remarquable sur la réponse mécanique, en particulier en matière de propriétés ultimesNanocomposites based on polymerie matrix and clay reinforcements have created a huge effort from academic and industrial researches. This investments are recompensed by the significant amelioration of several properties in comparison to conventional composites. The present work is devoted to a key parameter which is the elaboration conditions, in relation to structural organizations and mechanical properties. The first part deals with the clarification, in case of Nylon 6 nanocomposites, of the relationship existing between thermo-mechanical history and crystalline organization. Those elements are then used in properties optimization of blown films. The second part of the work tackles the elaboration of nanocomposites with a biodegradable polymerie matrix (Polylactide) and an unmodified clay using an original process of water injection, in collaboration with the university of Louvain La Neuve (High Polymer Unit). The obtained films exhibit a dispersion of fine clay aggregates intercalated by PLA (tactoïdes). The presence of this dispersion gives raise to a remarkable mechanical behavior, especially in term of ultimate properties
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Perrin, Didier. "Recyclage des SMC/BMC : étude d'un procédé de revalorisation par incorporation des broyats dans une matrice thermoplastique." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20056.
Full text
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Gourier, Clément. "Contribution à l’étude de matériaux biocomposites à matrice thermoplastique polyamide-11 et renforcés par des fibres de lin." Thesis, Lorient, 2016. http://www.theses.fr/2016LORIS415/document.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat a été réalisée dans le cadre du projet Fiabilin, qui regroupe 15 partenaires industriels et académiques, et vise à structurer une filière industrielle de production de biocomposites polyamide-11/fibres de lin. Ces travaux ont pour objectif de déterminer des performances multi-échelles de ce composite 100% biosourcé, afin d’envisager son usage en substitution de composites pétrosourcés. Nous avons tout d’abord mis en évidence la sensibilité des fibres de lin aux cycles temps-température des procédés de mise en œuvre, tant du point de vue de leurs propriétés mécaniques que de leur structure biochimique. Ensuite, nous avons montré les capacités du système PA11-lin à produire des performances mécaniques en traction compétitives vis-à-vis d’autres composites pétrosourcés. La qualité de l’interface fibre/matrice du biocomposite a également été étudiée à différentes échelles, montrant une compatibilité supérieure à celles de systèmes lin-résines thermodurcissables. La fin de vie du composite PA11-lin a été envisagée à travers le recyclage par broyages et injections successives. Les propriétés mécaniques du biocomposite à fibres courtes ainsi obtenu sont semblables au composite PPgMA-lin, avec une déformation à rupture accrue et qui augmente significativement avec le nombre de recyclages. Une analyse des cycles de production de plusieurs composites révèle les plus faibles impacts environnementaux du PA11-lin lors d’un dimensionnement des pièces en rigidité équivalentesThis thesis has been carried out as part of the project Fiabilin, which includes 15 different academic and industrial partners, with an aim to develop industrial production of polyamide-11/flax biocomposite. The purpose of this work is to determine multi-scale performances of 100% biosourced composite, in order to substitute composite materials containing glass fibers and/or matrix derived from petroleum. First, we highlighted the flax fiber sensibility toward processing cycles (time and temperature), from mechanical and biochemical structure aspects. Then, we revealed the capacity of PA11-flax association to produce competitive mechanical properties compared to others usual composites. Fiber-matrix interface of the biocomposite was studied at micro and macro scales, showing a higher compatibility than some flax-thermoset resin systems. The end-of-life of the biocomposite was considered by recycling with successive grinding and injections. Then stiffness and strength at break of short fiber biocomposites thus obtained are similar to PPgMA-flax composites, whereas a strong increase of the strain at break according to the number of injection cycles was observed. A life cycle analysis of some composites production steps shows lower environmental impacts of PA11-flax when sizing was made through equivalent material stiffness
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Nouri, Hedi. "Modélisation et identification de lois de comportement avec endommagement en fatigue polycyclique de matériaux composites à matrice thermoplastique." Paris, ENSAM, 2008. http://www.theses.fr/2008ENAMA015.
Full textAbstract:
Les matériaux composites thermoplastiques constituent une solution technologique de premier ordre pour la fabrication de pièces et de composants fonctionnels ou de structure notamment pour l’industrie automobile. Le travail abordé dans le cadre de cette thèse constitue une contribution à la compréhension et à la modélisation de la cinétique d’endommagement dans les thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes (PA6‐GF30) et longues (PP‐GFL40) sous chargement cyclique. Il a permis de développer et d’identifier un modèle d’endommagement en fatigue intégrant la cinétique de dégradation spécifique aux thermoplastiques renforcés. Deux approches complémentaires ont été développées dans de cette étude. La première est une approche expérimentale dédiée à la caractérisation de l’endommagement dans les matériaux étudiés en tenant compte de l’effet du procédé de moulage par injection sur le comportement élastique endommageable. Les résultats de l’approche expérimentale ont alimenté les bases théoriques de la deuxième approche proposant une formulation d’un modèle phénoménologique d’endommagement en fatigue. Le modèle intègre les trois phases d’endommagement des composites thermoplastiques traduites phénoménologiquement par une cinétique d’évolution de cinq variables d’endommagement. Deux stratégies d’identification inverse ont été développées pour la détermination des paramètres du modèle d’endommagement. La première stratégie exploite la perte de modules mesurée lors des essais de fatigue en configuration homogène. La deuxième stratégie exploite les essais de fatigue en configuration hétérogène. Celle‐ci a été optimisée afin de générer une évolution spatio‐temporelle des déformations. Les paramètres d’endommagement sont identifiés par minimisation d’une fonction objectif construite sur la base des champs de déformations hétérogènes et des efforts à la frontière. Les essais de fatigue réalisés à différents niveaux de déplacements imposés ont permis de valider expérimentalement le modèle d’endommagement développé. Les potentialités prédictives du modèle ont été également démontrées à travers la simulation de l’évolution de l’endommagement sous chargement cyclique à amplitudes variables ou dans le cas d’un chargement cyclique biaxial combiné ou séquentiel. Ce dernier aspect permis de démontrer la capacité du modèle à prédire l’effet du trajet de chargement multiaxial sur l’évolution de l’endommagement en fatigue dans les thermoplastiques renforcésThe present work is a contribution to the phenomenological modelling of fatigue non-linear cumulative diffuse damage in short glass fibre reinforced thermoplastic matrix composites. In such materials, fatigue damage kinetic exhibits three stages, namely: i) material softening and damage initiation, ii) coalescence and propagation of micro-cracks, iii) macroscopic cracks propagation and material failure. The proposed model is built in the framework of the continuum damage mechanics and aims at predicting these three stages of the damage evolution. It extends the previous approach and takes into account the important stiffness reduction observed during the first damage stage. The above is modelled by the integration of a combined Norton-like power law and an exponential law expressing the damage rates as a function of the associated thermodynamic dual forces. The model has been formulated in terms of strain energy, so that makes easy its numerical implementation into the finite element code Abaqus/Standard through a user defined material subroutine UMAT. Damage evolutions predicted by the developed model reproduce well those observed for this kind of composites under cyclic loading. Two identification strategies are developed. The first identification strategy based on homogeneous tensile fatigue tests performed in the longitudinal and transversal directions of a PA6-GF30 and a PP-GFL40. A second identification strategy based on the use of optical whole-field displacement/strain measurements by digital image correlation coupled to an inverse method from one single coupon
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Van, den Broek d'Obrenan Ghislain. "Adaptation du procédé RTM (Moulage par Transfert de Résine) à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique." Thesis, Lyon, INSA, 2011. http://www.theses.fr/2011ISAL0112/document.
Full textAbstract:
Le procédé « Resin Transfer Molding » (RTM) est très largement utilisé pour la production industrielle de matériaux composites à matrice thermodurcissable. En effet, de nombreux domaines tels que l’automobile et l’aéronautique l’emploi couramment. Dans ce travail nous avons adapté ce procédé à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique afin de répondre aux critères écologiques et économiques imposés aux industries. Pour cela plusieurs étapes ont été nécessaires. La première fut la sélection d’une chimie robuste, adaptée aux exigences du procédé (faible viscosité initiale du système réactif, temps de polymérisation court, etc). La chimie choisie fut la polymérisation anionique par ouverture de cycle de l’ε-caprolactame dans le but d’obtenir du polyamide-6 (PA-6). Une étude rhéo-cinétique ainsi que les caractérisations physico-chimiques d’un PA-6 obtenu au laboratoire furent réalisé. A la suite de cette étape, des essais en conditions de procédé ont été effectué avec l’utilisation d’un équipement pilote dédié. Ces essais furent la source de modifications et d’optimisations de certains paramètres du procédé. La troisième étape, a consisté à la production de pièces composites avec un renfort de type : tissu unidirectionnel de verre. Cette production fut suivie de tests mécaniques et physico-chimiques afin d’évaluer les propriétés de ces pièces. Différents ensimages de tissu ont été étudiés avec, pour objectif, la détermination de celui offrant les meilleures propriétés. Durant cette étude nous avons observé que la nature de l’ensimage impactait peu la chimie. Pour finir, nous avons mis en place un ensimage réactif qui permettra une meilleure interaction fibre/matriceThe "Resin Transfer Molding" (RTM) process is very largely used for the industrial production of composites materials with thermoset matrix. Indeed, it’s used by many fields such as the automotive and aeronautics. In this work we adapted this process to the manufacture of composite materials with thermoplastic matrix in order to answer the ecological and economic criteria imposed on industries. For that several steps were necessary. The first was the selection of a robust chemistry, adapted to the requirements of the process (low initial viscosity of the reactive system, polymerization time, etc). The selected chemistry, was the ring opening polymerization of ε - caprolactam to obtain polyamide-6 (PA-6). Rhéo-kinetics studies, as well as the physicochemical characterizations of a Pa-6 obtained at the laboratory were carried out. Following this step, tests in conditions of process were carried out with the use of dedicated pilot equipment. These tests were the source of modifications and optimizations of certain parameters of the process. The third step, consisted with the production of composite parts with a reinforcement of the type: unidirectional glass fabric. This production was followed mechanical and physico-chemical tests in order to evaluate the properties of these parts. Various sizing of the glass fabric were studied with, for objective, to determine which to offer the best properties. During this study we observed the low impact of the sizing on the chemistry of PA-6. To finish, we set up a reactive sizing which will allow a better interaction fibre/matrix
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Fischer, Guillaume. "Matériaux composites aéronautiques hautes températures à matrice bismaléimide renforcée." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0117/document.
Full textAbstract:
Les structures aéronautiques font de plus en plus appel aux matériaux composites pour alléger les structures dans le but d’améliorer leurs performances et de limiter la consommation de carburant. Les composites à matrice organiques représentent aujourd’hui plus de 50% de la structure des avions civils de dernière génération (A350 et B787). Les matériaux utilisés sont essentiellement des composites à matrice époxy avec des températures d’utilisation en service continu pour de longues durées ne dépassant pas 110°C. Continuer à augmenter cette part de matériaux composites passe par leur introduction dans des zones plus chaudes, proches des réacteurs ou des turbines. Les matériaux composites à matrice bismaléimides sont compatibles avec des températures d’application d’au moins 200°C, mais sont très sensibles aux impacts et présentent une fragilité beaucoup trop importante pour des pièces de structure. Les composites à matrice époxy ont fait l’objet de développements pour améliorer ces propriétés, en incorporant dans les formulations des thermoplastiques solubles et insolubles qui ont pour effet de freiner la propagation des délaminages induits par des impacts. En s’inspirant des méthodologies et des connaissances acquises sur les formulations époxys, l’objectif de ces travaux est de développer des systèmes réactifs de type bismaléimide à propriétés optimisées et d’identifier les paramètres clé pour y parvenirAeronautics use more and more composite materials to reduce structures weight, in order to improve performance and to limit fuel consumption. Polymer matrix composite materials represent today more than 50% of last generation civil aircrafts structure (A350, B787). Most of thermoset matrices are epoxies with service temperatures below 110°C for long time services. To further optimize the composite part ratio, it is now necessary to use those materials in structural parts exposed to higher temperatures, for instance, near engines. Among high performance thermoset matrices, bismaleimides offer potential in service temperature up to at least 200°C, but their brittleness makes them non-suitable for structural applications. Epoxy-based composite materials have gone through improvements, increasing their toughness by mixing with soluble and non-soluble thermoplastics to hold in delamination crack propagation. Starting with methods and knowledge from epoxies toughening strategies, this work is dedicated to develop toughened bismaleimide systems and to identify relevant parameters to reach this aim
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Hamdi, Khalil. "Fonctionnalisation de matériaux composites à renfort carbone et matrice thermoplastique par adjonction de nanocharges : élaboration et étude du comportement." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2388/document.
Full textAbstract:
Pour étendre l'utilisation des composites dans des applications plus variées (applications intelligentes et multifonctionnelles), l'une des barrières est leur faible conductivité électrique et thermique. Dans le cas de composites renforcés par des fibres de carbone, la matrice organique est responsable des propriétés isolantes du composite résultant. L'une des solutions pour améliorer les conductivités des matériaux est l'utilisation des nanocharges conductrices. L'amélioration des propriétés électriques et thermiques des polymères nanochargés est une problématique récurrente dans la littérature. Cependant, étudier les propriétés des composites à fibre de carbone continue et nanochargés est moins abordée. Ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation des composites nanochargés par du noir de carbone et des nanotubes de carbone. Tout d'abord, un intérêt particulier a été accordé à la phase délicate de la fabrication. Comme mentionné ci-dessus, la mise en œuvre des composites à renfort continu et matrice nanochargée implique des problèmes liés à l'agglomération et à la dispersion inhomogène des nanocharges dans le composite final. Pour résoudre ces problèmes, le choix de la matrice thermoplastique (Polyamide 6) était judicieux. En fait, la dispersion des nanocharges a été faite par extrusion bi-vis qui est connue comme l'une des voies les plus efficaces de séparation d'agglomérats. De plus, la méthode de fabrication à base de films de Polyamide 6, appelée film stacking, assure une partition homogène dès le début du processus. Des observations MEB ont été effectuées pour localiser les nanoparticules. Ceux-là ont montré que les particules pénétraient dans la zone des fibres. En effet, en atteignant le cœur des torons, les nano-charges ont créé un réseau de connectivité entre les fibres pour le passage de courant. Ceci explique l'amélioration constatée de la conductivité électrique des composites en présence de noir de carbone et des nanotubes de carbone. Ces essais ont été réalisés avec la méthode à 4 points. La conductivité électrique du composite à matrice « pure » est passée de 20S / cm à 80S / cm en ajoutant 8% en poids de noir de carbone et à 15S / cm en ajoutant 18% en poids de la même charge nanométrique. Pour les nanotubes de carbone, avec 2,5% en poids, la conductivité était d'environ 150S / cm. Pour les propriétés thermiques, des tests basés sur l'effet Joule ont été réalisés. L'augmentation de la température a été enregistrée en utilisant une caméra IR. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux de la conductivité électrique, montrant une amélioration du comportement thermique en présence de nanocharges. Grâce à ces résultats, l'utilisation de ces composites comme outil de suivi d’endommagement était possible. Par ailleurs, la méthode de variation de la résistance électrique a été effectuée. Les matériaux nanochargés ont montré une meilleure sensibilité aux endommagements. Les résultats ont été comparés aux outils classiques de suivi d’endommagement. A la fin, plusieurs applications « intelligentes » ont été testées telles que : le composite à gradients de propriétés et des matériaux nanochargés coususTo extend the use of composites in more varied application (smart applications, multifunctional issues), one of the actual barrier is their poor electrical and thermal conductivities. In the case of carbon fiber reinforced composites, organic matrix are in charge of the insulating properties of the resulting composite. One of the solutions to enhance conductivities of materials is the use of conductive nanofillers. Improving the electrical and thermal properties of nanofilled polymers has been investigated in several studies. However, studiing the properties of continuous carbon fiber nano-filled composites is less approached. This work tends to fabricate and characterize carbon black and carbon nanotubes nano-filled composites. First of all, special interest was given to the delicate phase of manufacturing. As mentioned before, processing continuous fiber reinforced nanofilled polymers implies issues related to nanofillers agglomeration and inhomogeneous dispersion in the final composite. To resolve these problems, the choice of the thermoplastic (Polyamide6) matrix seemed preferable. In fact, the dispersion of nanofillers was made by twin screw extrusion which is known as one of the most effective agglomeration separation ways. Adding to this, the fabrication method based on Polyamide 6 shects called film stacking, ensure a homogeneous partition at the beginning of the process. SEM observations were performed to localize the nano-particles. It showed that particles penetrated on the fiber zone. In fact, by reaching the fiber zone, the nano-fillers created network connectivity between fibers which means an easy pathway for the current. It explains the noticed improvement of the electrical conductivity of the composites by adding carbon black and carbon nanotube. This test was performed with the 4 points electrical circuit. It shows that electrical conductivity of 'neat' matrix composite passed from 20S/cm to 80S/cm by adding 8wt% of carbon black and to 15S/cm by adding 18wt% of the same nano-filler. For carbon nanotubes, with '2.5wt% the conductivity was around 150S/cm. For the thermal properties, tests based on Joule's effect were performed. The rise of temperature was recorded using IR camera. Results obtained are in agreement with the electrical conductivity ones, showing enhancement of the thermal behavior in presence of nanofillers. Thanks to these results, the use of these composites as a damage-monitoring tool was possible. By the way, the electrical resistance change method was performed. Nanofilled materials showed better sensitivity to damage. Results were compared with classical damage monitoring tools. At the end, several 'smart' applications were tested such as graded functionalities composite and stitched nanofilled materials
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Van, Den Broek D'Obrenan Ghislain. "Adaptation du procédé RTM (Moulage par Transfert de Résine) à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00715806.
Full textAbstract:
Le procédé " Resin Transfer Molding " (RTM) est très largement utilisé pour la production industrielle de matériaux composites à matrice thermodurcissable. En effet, de nombreux domaines tels que l'automobile et l'aéronautique l'emploi couramment. Dans ce travail nous avons adapté ce procédé à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique afin de répondre aux critères écologiques et économiques imposés aux industries. Pour cela plusieurs étapes ont été nécessaires. La première fut la sélection d'une chimie robuste, adaptée aux exigences du procédé (faible viscosité initiale du système réactif, temps de polymérisation court, etc). La chimie choisie fut la polymérisation anionique par ouverture de cycle de l'ε-caprolactame dans le but d'obtenir du polyamide-6 (PA-6). Une étude rhéo-cinétique ainsi que les caractérisations physico-chimiques d'un PA-6 obtenu au laboratoire furent réalisé. A la suite de cette étape, des essais en conditions de procédé ont été effectué avec l'utilisation d'un équipement pilote dédié. Ces essais furent la source de modifications et d'optimisations de certains paramètres du procédé. La troisième étape, a consisté à la production de pièces composites avec un renfort de type : tissu unidirectionnel de verre. Cette production fut suivie de tests mécaniques et physico-chimiques afin d'évaluer les propriétés de ces pièces. Différents ensimages de tissu ont été étudiés avec, pour objectif, la détermination de celui offrant les meilleures propriétés. Durant cette étude nous avons observé que la nature de l'ensimage impactait peu la chimie. Pour finir, nous avons mis en place un ensimage réactif qui permettra une meilleure interaction fibre/matrice.
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Gabrion, Xavier. "Contributions à la caractérisation d'un matériau composite thermoplastique thermostable : Application à des structures cylindriques sous sollicitations multiaxiales." Thesis, Besançon, 2014. http://www.theses.fr/2014BESA2012.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse, en partenariat avec l’entreprise ALSTOM, s’inscrit dans une logique de remplacement de pièces industrielles en alliage métallique par des pièces composites pour l’allègement des structures. L’objectif est de contribuer à l’écriture de règles de dimensionnement permettant au partenaire industriel de certifier des pièces structurales annulaires réalisées en composite à matrice thermoplastique thermostable (TPTS) renforcée par des fibres de carbone pour des applications embarquées sur machine tournante. Il s’agit plus exactement de déterminer la durée de vieen fatigue de ces pièces, en particulier en présence d’endommagement, et lorsque celles -ci sont soumises aux chargements inertiels et thermiques de service.Au cours de ce travail de thèse, une méthodologie a été développée afin de répondre à cette demande. La stratégie a consisté à reproduire,à l’échelle d’éprouvettes de laboratoire, l’état de contrainte multi-axial et l’endommagement auxquels la structure industrielle est soumise, et ce en développant et optimisant un essai de traction sur des éprouvettes annulaires entaillées. Les essais multi axiaux plus classiques mettant en œuvre des sollicitations par pression interne présentent effectivement de nombreux problèmes techniques et sécuritaires lorsqu’ils doivent être mis en œuvre à chaud.Une fois la configuration d’essai sur anneau optimisé par simulation numérique, des essais ont été réalisés afin de confirmer l’apparition des endommagements escomptés à l’aide de techniques de contrôle non-destructif. Les essais cycliques réalisés dans cette configuration ont montré une excellente résistance du matériau en fatigue, en particulier pour un ratio de chargement R de 0.5, proche des conditions de service. Les résultats ont également soulignés le fort potentiel restant de ces structures, même après un grand nombre de cycles de chargementThe objective of this thesis work, in partnership with ALSTOM Company, is to contribute to the writing of design rules in order to qualify and certify annular structures made of thermostable thermoplastic matrix composite reinforced by carbon fibre. These structures are used in rotating machines for embedded applications.This work proposes an innovative methodology to achieve this goal. It consists in reproducing, at the scale of a laboratory specimen, the multiaxial stress and damage states to which the industrial structure is subjected in-service byoptimizing a tensile test on annular notched specimen. More conventional multiaxial tests, based on internal pressureand tensile loading are particularly unsafe and difficult to be performedwhen implemented at elevated temperature.After the optimisation of the ring configuration by numerical simulation, experimental tests were performed to validatethe appearance of the expected damage under loading. Damage was characterized using non-destructive techniques suchas acoustic emission and infrared thermography. The cyclic tests achieved using this configuration showed high fatiguestrength of this material, in particular for a ratio R of 0.5 (equivalent to thein-service ratio). The results also highlight thegreat remaining strength and rigidity of these structures, even after a large number of cycles
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Bier, Frédéric. "Conception et synthèse d’une matrice polymère thermoplastique pour l’obtention de matériaux composites recyclables, résistants au feu et utilisables dans l’industrie." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0040.
Full textAbstract:
De nouvelles matrices thermoplastiques à base de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) pouvant entrer dans la composition de matériaux composites ont été synthétisées et caractérisées du point de vue de leur température de transition vitreuse (par calorimétrie différentielle à balayage) et de leur dégradation thermique (par analyse thermogravimétrique et par microcalorimétrie). La stratégie suivie était d’incorporer dans les chaînes de PMMA des unités de répétition comportant un groupement latéral phosphoré retardateur de flamme via une copolymérisation radicalaire du MMA avec un monomère phosphoré. Un ensemble de monomères phosphorés retardateurs de flamme ont été synthétisés à partir de l’oxyde de 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrène-10 (DOPO) en faisant varier la nature de la fonction polymérisable (styrénique, acrylique, méthacrylique), la nature de l’atome lié au phosphore (oxygène, carbone, azote) et la longueur du bras espaceur. Nous avons montré qu’en adaptant la structure et la quantité des unités de répétition phosphorées, la température de transition vitreuse du matériau était maintenue proche de celle du PMMA alors que la dégradation thermique des matériaux était déplacée vers de plus hautes températures. Comparativement les mélanges physiques de PMMA et de DOPO avec une même teneur en élément phosphore présentent une température de transition vitreuse significativement plus basseNovel poly(methyl methacrylate) (PMMA) thermoplastic matrices which can be used in the elaboration of composite materials have been synthesized and characterized from the point of view of their glass transition temperature (by differential scanning calorimetry) and their thermal degradation (by thermogravimetric analysis and by pyrolysis combustion flow calorimetry). The strategy followed was to incorporate in the PMMA chains repeat units comprising a flame retardant phosphorous side group via a radical copolymerization of MMA with a phosphorus-containing monomer. A set of phosphorus-containing flame retardant monomers has been synthesized from 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10 oxide (DOPO) by varying the nature of the polymerizable function (styrenic, acrylic, methacrylic), the nature of the atom bound to the phophore (oxygen, carbon, nitrogen) and the length of the spacer arm. We have shown that by adapting the structure and the quantity of the phosphorus repeating units, the glass transition temperature of the material was kept close to that of the PMMA while the thermal degradation of the materials was shifted to higher temperatures. Comparatively, physical blends of PMMA and DOPO with equivalent phosphorus contents exhibited significantly lower glass transition temperatures
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Carpier, Yann. "Contribution à l’analyse multi-échelles et multi-physiques du comportement mécanique de matériaux composites à matrice thermoplastique sous températures critiques." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMIR28/document.
Full textAbstract:
L’utilisation croissante des matériaux composites à matrice thermoplastique dans l’industrie aéronautique passe par une meilleure compréhension de leur comportement mécanique lors d’une exposition à un flux rayonnant (conséquence d’un incendie). Cette étude, portant sur le comportement thermo-mécanique de stratifiés tissés quasi-isotropes composés d’une matrice PPS renforcée par des fibres de carbone, se divise en 3 parties. Tout d’abord, la décomposition thermique du matériau et l’évolution de ses propriétés mécaniques avec la température sont étudiées. Ces données permettent ensuite d’appréhender le comportement de ces matériaux soumis à des chargements combinés (flux rayonnant et chargement mécanique en traction ou en compression, de type monotone à rupture et en fluage). La dernière partie vise à identifier les paramètres matériau nécessaires pour la simulation thermo-mécanique aux échelles macroscopique et mésoscopiqueThe increasing use of thermoplastic-based composite materials in the aeronautical industry requires a better understanding of their mechanical behavior when exposed to radiant heat flux (consequence of a fire exposure). This study, which examines the thermo-mechanical behavior of quasi-isotropic woven laminates composed of PPS reinforced with carbon fibers, is divided into 3 parts. First, the thermal decomposition of the material and the evolution of its mechanical properties with temperature is studied. These data help to understand the behavior of these materials subjected to combined loads (radiant heat flux and tensile or compressive loadings). The last part aims to identify the material parameters necessary for thermo-mechanical simulation at macroscopic and mesoscopic scales
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Gassoumi, Mohamed. "Caractérisations, défauts et contraintes internes induites lors du procédé de mise en forme des matériaux composites a matrice thermoplastique par thermoestampage." Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT4094/document.
Full textAbstract:
Lors de leur mise en forme par thermo- estampage, les pré-imprégnés à matrice polymère thermoplastique et renfort fibreux tissé se déforment selon différents modes encore mal maîtrisés, dont les cisaillements plan et transverse, ce dernier traduisant la friction entre les plis tissés. Une fois formés, des contraintes résiduelles de fabrication sont également générées au cours du refroidissement des pré- imprégnés et altèrent leur stabilité dimensionnelle, tout comme les variations d’humidité relative. Dans ce travail, nous avons étudié ces deux aspects. Dans un premier temps, des essais de traction de biais ont été réalisés sur des pré-imprégnés de polyamide renforcés par des tissus de fibres de verre à hautes températures. L’analyse multi-échelle de la structure des échantillons déformés par tomographie à rayons X met en exergue des mécanismes de déformation des mèches de fibres dont certains ne sont pas pris en compte dans les modèles rhéologiques actuels. En outre, nous avons mis au point un dispositif pour l’étude du cisaillement transverse et la friction inter-plis. Les résultats obtenus montrent et quantifient les influences de la contrainte normale, de la vitesse de déformation et de la température sur le coefficient de frottement inter-plis. Un modèle de frottement basé sur le nombre d’Hersey est ensuite identifié. Dans un deuxième temps, l’exploitation de la mesure de la courbure globale des échantillons après refroidissement a permis d’estimer, via la théorie modifiée des stratifiées, les contraintes résiduelles et leur évolution avec les conditions hygrothermiques ambiantesDuring their thermo-stamping, prepregs made of thermoplastic polymer matrices and woven fabrics are subjected to large deformation including in-plane and transverse shear, the last deformation mechanism being related to inter-ply friction. Once shaped, prepregs can still deform due to residual stresses induced by their cooling and/or hygrometric variations. In this work, we focused on these two aspects. Firstly, prepregs made of polyamide reinforced by layers of woven fabrics (glass fibre bundles) were subjected to bias extension at high temperatures. The fibrous structure deformed specimens was analysed with X-ray microtomography, allowing fiber bundles deformation mechanism to be emphasized.Some of them are not taken into account in current rheological model developed for prepregs. In addition, using a dedicated apparatus, we performed transverse shear tests to analyse inter-ply friction within prepregs. Experimental results underline the influence of the normal stress, the shear strain rate and the temperature on the interplay friction coefficient. A friction model based on the Hersey number is then fitted. Secondly, we measure the curvatures of deformed prepregs was to estimate, via the modified laminated theory, residual stresses and their variation with temperature and relative humidity
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Ragoubi, Mohamed. "Contribution à l'amélioration de la compatiblilité interfaciale fibres naturelles/matrice thermoplastique via un traitement sous décharge couronne." Thesis, Nancy 1, 2010. http://www.theses.fr/2010NAN10135/document.
Full textAbstract:
Les recherches actuelles dans le domaine des composites montrent l'utilisation croissante de matrices biodégradables et/ou de renforts fibreux naturels issus de ressources renouvelables. Néanmoins, une étape de compatibilisation fibres/matrice est très souvent nécessaire. Dans cette thèse, nous avons exploré une méthode physique : le traitement corona. Son impact sur les propriétés physicochimiques de différentes fibres a été étudié par XPS, mesure d'angle de contact et MEB. Il ressort qu'il entraîne principalement une oxydation de surface et une augmentation de sa rugosité. Nous avons évalué le comportement mécanique de composites, préparés par extrusion à partir de fibres de chanvre ou miscanthus et de matrices polypropylène (PP) ou acide polylactique (PLA). L'incorporation de renforts accroît la rigidité des matériaux et le transfert de contrainte et leur traitement permet d'obtenir des caractéristiques encore supérieures en raison d'un ancrage mécanique accru. Les valeurs optimales sont obtenues pour un taux massique de fibres de l'ordre de 20%. Les propriétés thermiques et thermomécaniques des composites ont été caractérisées par ATG, DMA et DSC. La stabilité thermique des matériaux est abaissée après incorporation de renforts bruts mais très largement améliorée (+ 15-20°C) après traitement des fibres. Dans certaines conditions, les fibres agissent comme des agents nucléants qui influent sur le processus de cristallisation et le taux de cristallinité. Le traitement des fibres par corona ne permet pas de retarder la dégradation des matériaux au cours d'un vieillissement accéléré en milieu humide et l'évolution des propriétés thermomécaniques est plus prononcée pour les matériaux à base de PLA plus hydrophileThe field of composites materials shows increasing use of biodegradable matrices and / or natural reinforcements from renewable resources. Nevertheless, a compatibilization step between fiber and matrix is necessary. In this PhD study, we have explored a physical method: corona treatment. Its impact on the physicochemical properties of different fibres has been studied by XPS, contact angle measurement and SEM. It appears that it mainly involves surface oxidation and roughness increase. We have also evaluated the mechanical behaviour of composites, prepared by extrusion from hemp or miscanthus fibres and polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA) matrices. The incorporation of raw reinforcements increases the stiffness and the stress transfer. Composites based on treated fibres show better mechanical performances, resulting from an enhanced mechanical anchorage. The optimum values are obtained for 20% (wt) fibres content. The thermal and thermomechanical properties of composites have been characterized by TGA, DMA and DSC. The thermal stability of materials is reduced after incorporation of raw reinforcements but very much improved (+ 15 - 20 ° C) after treatment of fibres. Under certain conditions, the fibres act as nucleating agents that affect the crystallization process and crystallinity rate. The corona treatment of fibres does not delay the degradation of materials during an accelerated aging in humid environment and the evolution of the thermomechanical properties is more pronounced for PLA based materials because of its hydrophilic character
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Limaiem, Sarra. "Étude et développement d’une interface fibre-matrice spécifique dans les composites à matrice thermoplastique renforcés en fibres de verre continues." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH8553.
Full textAbstract:
Au cours de cette étude, il a été question de développer une méthodologie d’élaboration et d’évaluation de la qualité de l’interface fibre-matrice au sein d’un composite à matrice polyamide 12 renforcé par du verre. Un modèle macroscopique a été élaboré dans un premier temps sous forme d’un assemblage lame de verre/film polyamide 12, et plusieurs promoteurs d’adhésion, principalement des organosilanes, de fonctionnalités différentes et compatibles avec la matrice polyamide ont été testés. La qualité du greffage a pu être caractérisée grâce à des techniques d’analyses physico-chimiques adaptées (AFM, PM-IRRAS, mouillabilité,…), et la performance adhésive des assemblages a pu être évaluée par des tests mécaniques spécifiques (pelage, clivage). Dans une seconde étape, le protocole de dépôt décrit à l’échelle macroscopique a été adapté à l’échelle des fibres de verre, plus particulièrement à l’échelle mésoscopique des fibres optiques. Des essais mécaniques spécifiques à l’échelle microscopique (fragmentation) ont été réalisés afin d’évaluer la performance adhésive de l’interface dans les assemblages concernés. Une étude focalisée sur la compréhension des mécanismes interfaciaux a également été réalisée afin de clarifier la nature des interactions établies à l’interface fibre-matrice. Grâce aux différentes techniques de caractérisation physico-chimiques il a été possible de mettre en évidence l’influence de différents paramètres expérimentaux, tels que la durée du greffage, la densité de greffage et la chimie des surfaces traitées, sur la cristallisation de la matrice à l’interface. La dernière partie de ce travail de thèse concerne le passage à l’échelle du semi-produit sous forme de rubans. Des analyses des propriétés de l’interface ainsi que des caractéristiques mécaniques ont été réaliséesDuring this study, the aim was to develop a methodology to elaborate and evaluate the quality of the fiber-matrix interface in a glass fiber reinforced polyamide 12 composite.At first, a macroscopic model was developed using a glass slide/polyamide 12 film assembly. Several organosilane adhesion promoters with different features and compatible with the polyamide matrix were tested. The grafting quality was characterized through appropriate physico-chemical analytical techniques (AFM, PM-IRRAS, Wetting…), and the adhesive performance of the assemblies was evaluated by specific mechanical tests (Peel test, Wedge test). In a second step, the deposition procedure described in macroscopic scale has been adapted to the glass fibers’ scale, more particularly to optical fibers. Specific mechanical tests were performed (fragmentation test) to assess the adhesive performance at the interface of the concerned assemblies.A study focused on the understanding of the interfacial mechanisms was also conducted to clarify the nature of the interactions established at the fiber-matrix interface. Thanks to the different physico-chemical characterization techniques, it has been possible to demonstrate the influence of various experimental parameters such as the surface treatment time, the grafting density and the chemistry on the treated surfaces on the crystallization of the matrix at the interface. The last part of this work concerns the transition to the semi-scale form of ribbons. The analysis of the interface’s properties and the mechanical characteristics has been investigated
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Gabet, Yann. "Étude et optimisation des interfaces fibre-matrice polymère de composites structuraux à base thermoplastique." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1244/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse portent sur l’étude et l’optimisation des propriétés interfaciales verre/PA 6-6 pour la conception de matériaux composites de structure. Une méthode visant à nettoyer et réactiver la surface du verre a dans un premier temps été développée. Elle permet de travailler avec des substrats de type fibres ou substrats modèles (plaques de verre) et d’obtenir des surfaces « contrôlées » avant l’application de nouveaux revêtements. La maîtrise de l’interface entre renfort et matrice nécessite l’optimisation de l’ensimage, dont les principaux constituants sont des agents filmogènes et des agents de couplage. Au cours de ce travail, nous avons donc étudié les propriétés thermiques, mécaniques et de surface des nouveaux revêtements appliqués sur les substrats de verre. Différents agents filmogènes, sélectionnés pour être compatibles avec les conditions de mise en oeuvre du PA 6-6, ainsi que deux agents de couplages usuels ont été étudiés. Par le choix d’une large gamme de familles d’agents filmogènes, nous avons montré que l’utilisation d’un agent filmogène de composition chimique proche de celle de la matrice permet d’atteindre de meilleures propriétés interfaciales. L’augmentation de la rugosité de surface du revêtement contribue également à cette amélioration. Le greffage des agents de couplage sur le verre s’est révélé bien plus efficace avec un traitement thermique à 150°C qu’à 110°C et un effet de synergie a pu être observé lors de leur association avec un agent filmogène. L’utilisation d’agents filmogènes à haute résistance thermique a permis d’obtenir des propriétés interfaciales très intéressantes, renforcées pour certains systèmes par l’ajout de nanoparticules. Enfin, afin d’accéder à une estimation de la ténacité de l’interface, un test de DCB en mode I a été adapté à notre problématique. Les résultats obtenus ont été complémentaires à ceux obtenus par les tests du plot et de la microgoutteThis work is devoted to the study and optimisation of glass/PA 6-6 interfacial properties for the conception of structural composite materials. A method to clean and reactivate glass surface was first developed. It allowed us to work with glass fibres and model substrates (glass plates), aiming to get controlled surfaces before the application of new coatings. Controlling the interface between the reinforcement and the matrix requires the optimisation of the sizing, which is mainly composed of film formers and coupling agents. This study consisted in the characterisation of thermal, mechanical and surface properties of the new coatings applied to the glass substrates. Different film former bases, selected for their compatibility with the processing conditions of PA 6-6, and two usual coupling agents were studied. This work allowed to identify different parameters that play a role in the improvement of interfacial properties. By working with a wide range of film formers, we could show that the use of a film former with close chemical composition from the matrix allows to reach better interfacial properties. Increasing the surface roughness of coatings also participates in this improvement. The grafting of coupling agents was more efficient after 150°C thermal treatment than 110°C, and a synergistic effect was obtained by their association to a film former. The use of film formers with high thermal resistance provided very interesting interfacial properties, also improved, for some, by the addition of silica nanoparticles. Finally, DCB mode I mechanical test was adapted to our system, allowing to estimate the fracture toughness of the glass/PA 6-6 interface which is a complementary result to the estimation of the adhesion force measured by pull-off and pull-out tests
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Borgna, Thomas. "Études des propriétés de composite à matrice thermoplastique thermostable au-delà de leur température de transition vitreuse." Thesis, Pau, 2017. http://www.theses.fr/2017PAUU3020/document.
Full textAbstract:
Ces travaux exposent et analysent les performances d’un composite à matrice thermoplastique semi-cristallin au passage et au-delà de la transition vitreuse. Il est nécessaire de donner des éléments objectifs afin d’évaluer et discuter dans quelles mesures ce matériau peut être utilisé de manière innovante. L’objectif visé est de donner des perspectives en termes de plage de températures d’utilisation des matériaux composites à matrice thermoplastique et plus spécifiquement pour des applications à hautes températures. Le composite à fibres continues de carbone et matrice polyétheréthercétone PEEK a ainsi été étudié sur une large gamme de température, avant et après sa température de transition vitreuse (Tg = 143°C).La phase de caractérisation quasi-statique a mis en évidence l’importance du renfort et le bon transfert de charge de la matrice au-delà de la Tg pour les différentes sollicitations. En particulier, la résistance à la rupture en compression s’est avérée intéressante dans l’optique d’une application structurelle. De plus, les observations fractographiques ont mis en évidence des comportements radicalement différents au passage de la transition vitreuse. Le caractère plus ductile de la matrice permet de limiter la propagation de fissures au travers des plis par dissipation de l’énergie : la plastification de la matrice augmente la capacité du composite à dissiper de l’énergie en limitant ainsi la fissuration. Cependant pour des chargements où la matrice pilote la réponse mécanique du composite tels que des efforts de cisaillement, les comportements non linéaires sont fortement accentués. Des mécanismes de déformations dépendant du temps ont été observés à travers des essais de charge-décharge et de fluage au-delà de la Tg : le caractère visqueux de la matrice joue un rôle prépondérant.Ces mécanismes non linéaires étant identifiables sur des temps longs, il était intéressant de proposer des méthodes de modélisation pour prédire le comportement du composite. C’est pourquoi des modèles à l’échelle du pli ont été adaptés en fonction de la température et de la prépondérance des caractères viscoélastique et viscoplastique. Différents essais de fluage-recouvrance en torsion rectangulaire menés sur un rhéomètre ont permis d’évaluer les composantes viscoélastiques et viscoplastiques de la déformation à des températures inférieures et supérieures à la TgThe present study shows and analyses the specifications of a semi-crystalline thermoplastic composite as function of temperature, below and above the glass transition. In order to assess and discuss about what extent this material could be innovately use, objective facts must be necessary exposed: the main target is to give the outlooks about the temperature range, in particular the high temperatures. The studied material is a continuous carbon fibre composite with a polyetheretherketone (PEEK) matrix. Its glass transition temperature is around 143°C. It has been characterized throughout a wide temperature range.For several kinds of quasi-static loadings, the load transfer from the matrix to the fibre reinforcement is good even above the glass transition temperature. The compression strength is indeed very interesting for an aeronautical application. In addition, the fracture surface analysis have significantly revealed a different behaviour above the glass transition temperature: the matrix is more ductile and thus the crack propagation is limited thanks to the energy dissipation. However when the mechanical response is driven by the matrix behaviour such as shear loadings, the nonlinear mechanical behaviour of the composite are highly increased. Therefore the time-dependent behaviours have been characterized by using creep experiments and loading-unloading tensile tests as function of the temperature.In order to predict those non-linear behaviours, meso-models have been developed as function of the temperature. Thus viscoelasticity and viscoplasticity have been taken into account to model the nonlinear mechanical behaviour of the composite material, thanks to creep-recovery tests which have been carried out with a torsion rheometer
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Gaston, Amélie. "Développement d'une élastomère thermoplastique constitutif d'assemblages composites hates performances." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI153.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est de développer un matériau polymère élastomère permettant d'assurer la liaison et d'absorber les déformations imposées entre deux matériaux composites à matrice thermoplastique. Différents élastomères thermoplastiques ont été identifiés et leur comportement thermomécanique a été étudié en comparaison d’un élastomère thermodurcissable utilisé jusqu'alors. Les polyuréthanes thermoplastiques (TPU) sont apparus comme une alternative intéressante. Nous en avons étudié la chimie et la microstructure ainsi que les propriétés mécaniques en traction et le comportement lors de sollicitations successives multiples qui mettent en évidence l’effet Mullins. L’effet Mullins permet en particulier de quantifier les déformations plastiques irréversibles qui sont liées au caractère thermoplastique des matériaux étudiés. Il a été constaté que ces déformations irréversibles sont comparables à celles observables dans le cas de l’élastomère thermodurcissable conventionnel. Nous nous sommes aussi intéressés au lien existant entre les propriétés thermiques et mécaniques finales du matériau aux différentes échelles, (de l’échelle moléculaire à l’échelle macroscopique notamment). En effet, les TPU sont des matériaux nanostructurés qui peuvent présenter une pseudo-cristallinité et une nano-séparation de phase susceptible d’évoluer avec l’histoire thermique du matériau. Nous avons ainsi cherché à établir un lien entre la structure du matériau à diverses échelles, son procédé de mise en œuvre et les propriétés physiques résultantes. Différentes stratégies ont été explorées pour optimiser le comportement thermomécanique soit par l'incorporation de nano/micro charges ou soit par l'addition d'une faible quantité de liquides ioniques dans la matrice polymèreThe aim of this thesis is the development of an elastomer material able to constitute the junction of two thermoplastic elastomers pieces and to absorb the deformations on these two parts. Various thermoplastic elastomers were identified and there thermomechanical behaviour was studied and compared to the thermoset elastomer presently used. Thermoplastic polyurethanes (TPU) appeared as suitable matches? Their chemical structure, microstructure were studied as well as their mechanical properties in tensile strength and their behaviour toward multiple solicitations that highlights the Mullins effect. The Mullins Effect allows the quantification of irreversible plastic deformations which are induced by the thermoplasticity of the studied materials. It was observed that the irreversible deformations are close to the one of ther thermoset elastomer. We also focused on the existing link between the thermal and mechanical final properties at different scales, (from the molecular level to the macroscopic scale). In fact, the TPU are nanostructured materials that can contain pseudo-crystallinity and nano-phase separation that migth evolve with thermal history. This way, we tried to establish a link between the multi-scaled structure of the materials, it's processing and the resulting physical properties. Various strategies were explored to optimize the thermomechanical behaviour, either by adding nano/micro fillers or by the addition ok small amounts of ionic liquids in the polymer matrix
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Albouy, William. "De la contribution de la visco-élasto-plasticité au comportement en fatigue de composites à matrice thermoplastique et thermodurcissable." Phd thesis, INSA de Rouen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00942294.
Full textAbstract:
La présente étude vise à comprendre l'influence du comportement visco-élasto-plastique d'une matrice TP (PPS) et TD (Epoxy) sur le comportement en fatigue à haute température de composite tissés à fibres de carbone. Une analyse fractographique a permis de révéler le rôle déterminant des zones riches en matrice au niveau des plis à ±45° dans la chronologie d'endommagement et sur le comportement en fatigue de stratifiés à plis croisés et quasi-isotropes. Afin d'évaluer la contribution de la viscoélasticité et de la viscoplasticité de la matriceTP au comportement thermomécanique des stratifiés C/TP à T>Tg, un modèle viscoélastique de Norton généralisé ont été implémentés dans le code Eléments Finis Cast3m. Une technique de corrélation d'images numériques (CIN) a été mise œuvre pour tester la capacité du modèle à prédire la réponse du stratifié dans le cas de structures à forts gradients de contraintes.
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Lebrun, Hélène. "Compréhension des mécanismes d’adhésion dans un composite à matrice thermoplastique lors de sa mise en œuvre par consolidation en continu." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0123.
Full textAbstract:
Les technologies de placement de plis ou d’enroulement filamentaire de composite à matrice thermoplastique avec consolidation en continu ont fait l’objet de nombreux travaux ces dernières années. Ces études ont porté principalement sur des composites à base de matrice thermoplastique semi-cristalline comme le poly(éther éther cétone) (PEEK) renforcée de fibres de carbone. L’objectif de la thèse est de déterminer les lois de comportement du composite fibres de carbone/matrice thermoplastique lors de la mise en œuvre afin de déduire quelle étape gouverne le processus de soudage et quels sont les paramètres procédés et matériaux influençant sa durée. Dans ce but, les principales propriétés de la matrice utiles à l’étude ont, dans un premier temps, été déterminées. Une attention particulière a été portée sur la dégradation thermique. Les analyses en thermogravimétrie ont ainsi permis d’évaluer sa cinétique de dégradation. Dans un deuxième temps, les mécanismes de contact intime et d’autohésion, responsables du soudage, ont été étudiés à partir de modèles. Pour cela, les mesures de rugosité de surface et de viscosité ont été intégrées au modèle de contact intime. Le temps de diffusion de la matrice a été déterminé par rhéologie puis intégré au modèle d’autohésion. Enfin, l’influence des paramètres procédé (temps, température et pression) et matériau (masses molaires et rugosité) sur les mécanismes de formation de l’interface et ses performances mécaniques a été évaluée expérimentalement par des tests d’adhérence (clivage et pelage) et comparée aux modèlesThe automated tow placement or filament winding processes of thermoplastic-based composites have been intensively studied in recent years. These studies concerned mainly composites with thermoplastic semi-crystalline matrices as carbon fiber reinforced poly(ether ether ketone) (PEEK). The thesis objective is to understand the physical mechanisms taking place in a thermoplastic-based composite during the welding in order to deduce which step governs the welding process and what are the parameters influencing its duration. First, the main properties of matrix of interest for this study were determined, in particular its thermal degradation. The thermal gravimetric analysis thus allowed to evaluate the kinetics of degradation. Secondly, the mechanisms of intimate contact and self-adhesion responsible for welding were studied using models. For this, surface roughness and viscosity measurements were included in the model of intimate contact. The diffusion time of matrix was determined by rheology and integrated into the self-adhesion model. Eventually, the influence of process (time, temperature and pressure) and material (molecular weight and roughness) parameters on the mechanisms of interface formation and its mechanical performance was evaluated experimentally by adhesion tests (wedge test and peeling ) and compared with models
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Manaii, Racha. "Étude du comportement mécanique en fatigue et à l'impact du composite lin/ Elium." Electronic Thesis or Diss., Paris, HESAM, 2021. http://www.theses.fr/2021HESAE027.
Full textAbstract:
Les avantages apportés par les fibres naturelles dans le secteur des matériaux composites sont multiples : la légèreté, de bonnes propriétés mécaniques spécifiques, un coût compétitif et un impact environnemental réduit. Au vu de ces atouts, l’intérêt pour ces fibres a multiplié les études scientifiques les concernant notamment en regard des objectifs d’un développement durable. Cependant, l’utilisation de ces matériaux dans des pièces de structure est assujettie à la connaissance de leur comportement à long terme et face aux différents chargements dynamiques et répétitifs. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement mécanique d’un composite à fibres de lin et matrice Elium® en fatigue et à l’impact. Dans un premier lieu, cette étude a permis de déterminer les propriétés mécaniques du matériau en traction et à suivre l’endommagement induit par le biais d’observations microscopiques et des analyses en émission acoustique. Par la suite, pour arriver à répondre à la problématique liée à la résistance et l’endurance en fatigue, la campagne expérimentale réalisée a permis une estimation de la limite LCF/HCF et d’étudier l’endommagement en chargement répétitif du matériau. Enfin, la réponse au choc basse vitesse a été étudiée. Différents outils ont permis d’étudier la réponse à l’impact. Les résultats ont également montré un fort potentiel de réparation après impact du composite, à défaut de rupture de fibres, et ceci grâce à la résine thermoplastique l’Elium®The advantages brought by natural fibers in the composite materials sector are multiple: lightness, good specific mechanical properties, competitive cost and reduced environmental impact. In view of these advantages, the interest for these fibers has multiplied the scientific studies concerning them, in particular with regard to the objectives of a sustainable development. However, the use of these materials in structural parts is subject to the knowledge of their long-term behavior and in front of the various dynamic and repetitive loads. In this context, the objective of this thesis is to study the mechanical behavior of a flax fiber composite and Elium® matrix in fatigue and impact. In a first step, this study allowed to determine the mechanical properties of the material in traction and to follow the induced damage by means of microscopic observations and acoustic emission analysis. Then, in order to answer the problem related to the resistance and endurance in fatigue, the experimental campaign carried out allowed an estimation of the LCF/HCF limit and to study the damage in repetitive loading of the material. Finally, the response to low speed impact was studied. Different tools were used to study the impact response. The results also showed a strong potential of repair after impact of the composite, in the absence of fiber rupture, and this thanks to the thermoplastic resin Elium®
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Guzman, Maldonado Eduardo. "Modélisation et simulation de la mise en forme des composites préimprégnés à matrice thermoplastiques et fibres continues." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI015/document.
Full textAbstract:
Les matériaux composites sont largement employés dans le domaine aérospatial grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, leur résistance aux chocs et à la fatigue, tout en restant plus légers que les matériaux conventionnels. Au cours des dernières années, l'industrie automobile a montré un intérêt croissant pour les procédés de fabrication et de transformation de matériaux composites à matrice thermoplastiques. Cela favorisé par le développement et l'optimisation des procèdes de mise en forme tels que le thermostampage, en vue de la réduction de temps de cycle. La modélisation et la simulation de ce procédé sont des étapes importantes pour la prédiction des propriétés mécaniques et de la faisabilité technique des pièces à géométrie complexe. Elles permettent d'optimiser les paramètres de fabrication et du procédé lui-même. À cette fin, ce travail propose une approche pour la simulation de la mise en forme des matériaux composites préimprégnés thermoplastiques. Un modèle viscohyperélastique avec une dépendance à la température a été proposé dans l'objectif de décrire le comportement du composite thermoplastique à l'état fondu. Et permets de faire des simulations de mise en forme à différentes températures. Au cours cette simulation, des calculs thermiques et mécaniques sont effectués de manière séquentielle afin d'actualiser les propriétés mécaniques avec l'évolution du champ température. L'identification des propriétés thermiques sont obtenues par homogénéisation à partir des analyses au niveau mésoscopique du matériau. La comparaison de la simulation avec le thermoformage expérimental d'une pièce représentative de l'industrie automobile analyse la pertinence de l'approche proposéePre-impregnated thermoplastic composites are widely used in the aerospace industry for their excellent mechanical properties, impact resistance and fatigue strength all at lower density than other common materials. In recent years, the automotive industry has shown increasing interest in the manufacturing processes of thermoplastic-matrix composites materials, especially in thermoforming techniques for their rapid cycle times and the possible use of pre-existing equipment. An important step in the prediction of the mechanical properties and technical feasibility of parts with complex geometry is the use of modelling and numerical simulations of these forming processes which can also be capitalized to optimize manufacturing practices.This work offers an approach to the simulation of thermoplastic prepreg composites forming. The proposed model is based on convolution integrals defined under the principles of irreversible thermodynamics and within a hyperelastic framework. The simulation of thermoplastic prepreg forming is achieved by alternate thermal and mechanical analyses. The thermal properties are obtained from a mesoscopic analysis and a homogenization procedure. The comparison of the simulation with an experimental thermoforming of a part representative of automotive applications shows the efficiency of the approach
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Cayzac, Henri-Alexandre. "Analyses expérimentale et numérique de l'endommagement matriciel d'un matériau composite : Cas d'un pultrudé thermoplastique renforcé de fibres de verre." Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0034/document.
Full textAbstract:
L'utilisation croissante des matériaux composites à matrice polymère dans les structures industrielles est impulsée par le besoin de contraintes environnementales tout en conservant d'excellentes propriétés mécaniques. L'évolution des procédés de fabrication et l'émergence de la pultrusion réactive permet la production de matériaux composites à matrice thermoplastique possédant des taux de fibres très importants. Ceci leur confère les propriétés longitudinales souhaitées mais ces procédés induisent une variabilité microstructurale importante. De plus, les pièces industrielles sont bien souvent sollicitées de façon complexe induisant des contraintes multiaxiales. Ces contraintes sont alors ``ressenties'' par la microstructure du matériau composite et par la matrice confinée par les fibres notamment. La variabilité microstructurale tend alors à amplifier les contraintes. C'est dans ce contexte qu'une approche multi-échelle macro-micro (globale/locale) expérimentale et numérique a été développée. Les mécanismes de déformation, d'endommagement et de rupture ont été expérimentalement analysés à l'échelle globale du matériau composite ainsi qu'à l'échelle locale de sa microstructure. Pour ce faire, de techniques expérimentales liées à la tomographie aux rayons X ont été mises en place et permettent d'observer in-situ l'évolution de la microstructure sollicitée. Il a été observé que l'endommagement se développe au sein de la matrice thermoplastique. Un modèle de comportement de la matrice endommageable a donc été mis au point à l'aide des approches issues de la mécanique des milieux poreux et permet de rendre compte des micro-mécanismes de déformation et d'endommagement de la matrice confinée par les fibres. Une approche de type ``top-down'' a été développée. Celle-ci permet de localiser les zones critiques d'une structure industrielle composite. Le chargement appliqué localement sur la pièce sert alors de conditions aux limites sur une microstructure réelle modélisée. Ainsi, il est possible de simuler la cinétique d'endommagement, permettant de comprendre l'amorçage et la propagation de fissures dans une structure industrielle. Cette approche appliquée au cas d'une canalisation composite sous pression a permis de déterminer des pressions d'amorçage de fissures en fonction de l'enroulement du composite sur la canalisationThe use of composite materials composed of polymeric matrix have known a growing interest in industrial structures due to the ratio between structure weight reduction and reliable mechanical properties. The pultrusion with in-situ polymerization process allows high fiber volume fraction which provides the longitudinal mechanical properties needed nevertheless, such process induces a microstructural variability. These engineering structures are often submitted to complex multiaxial stresses. Such stresses are locally amplified due to the microstructural variability and particularly due to the fact that the matrix is constrained by the fibres. It is in this context that a multi-scale top-down (global / local) experimental and numerical approach has been developped. Deformation, damage and fracture mechanisms have been experimentally studied at both global and local scales. In order to do so, experimental technics related to X ray tomography have been used and allow in-situ observation of damage in the composite material submitted to different stresses. A constitutive model of the polymeric matrix has been developped thanks to approaches from the mechanics of porous media and allows to take into account the damage behavior of the constrained matrix. A multi-scale model allowing critical zones localization on industrial structures has been set up. The resulting stresses on the critical zones are then applied to the microstructure of the composite material. This model is able to take into account the damage cinetic, as well as transverse cracks initiation and propagation through the microstructure. Such approach has been used to determine cracks initiation pressures for different plies orientation of a composite pipe
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Guerfala, Wassim. "Élaboration de bio-composite hybride à matrice thermoplastique : formulation optimale et modélisation du comportement statique en vue d'une application pour pièces de structure dans l'automobile." Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Nantes, 2023. http://www.theses.fr/2023ECDN0022.
Full textAbstract:
L’impact environnemental devient un sujet de plus en plus important dans l’industrie automobile, ce qui pousse les constructeurs à réduire les émissions de CO2 à travers des motorisations propres et à travers l’allègement des structures. Les matériaux composites, associant légèreté et résistance mécanique, présentent une bonne alternative aux aciers standards avec une réduction de masse considérable. L’objectif principal de notre étude est l’application des matériaux bio-composites dans la structure automobile.Pour répondre aux différentes exigences mécaniques, thermiques et économiques, le premier objectif de ce travail est de développer un matériau composite hybride à base de deux fibres naturelles ayant des caractéristiquescomplémentaires permettant d’optimiser les performances du composite, tout en garantissant une homogénéité de son comportement mécanique. Le second objectif concerne l’élaboration d’un outil numérique qui permettrait un pré-dimensionnement rapide de structures qui prend en compte les particularités de ce type de matériau composite hybride. En effet, les exigences et les demandes au sein de l’industrie automobile évoluent rapidement et d’une manière continue, il est nécessaire de pouvoir produire une réponse rapide et à moindre frais (les campagnes expérimentales sont souvent longues et coûteuses pour des matériaux sensibles et encore plus quand ces derniers sont influencés par les conditions environnementales)The environmental impact is becoming increasingly important in the automotive industry, pushing OEMs to reduce CO2 emissions through clean engines and structural weight reduction. Composite materials, combining lightness and mechanical strength, offer a good alternative to standard steels with a considerable weight reduction. This study mainly aims to apply bio-composite materials in the automotive structure.To meet the various mechanical, thermal and economic requirements, the first objective of this study is to develop ahybrid composite material based on two natural fibers with complementary characteristics to optimize its performance while guaranteeing the homogeneity of its mechanical behavior. The second objective is the development of a numeric tool that would allow rapid pre-design of structural parts reinforced with this hybrid composite material. Indeed, the obligations of the automotive industry are quickly and continuously changing; it is necessary to provide quick and cost-effective responses (compared to the long and expensive experimental campaigns especially when there is sensitivity to the environmental conditions to consider)
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Haggui, Mondher. "Analyse multi-échelles du comportement mécanique d’un éco-composite, constitué d’une matrice à base de résine thermoplastique renforcée de fibres de lin." Thesis, Le Mans, 2019. http://www.theses.fr/2019LEMA1037.
Full textAbstract:
La recherche de solutions alternatives à l’utilisation de composites issus totalement ou partiellement de ressources renouvelables représente un enjeu environnemental majeur et un levier de développement économique pour les générations futures. La présente étude considère le choix d’un composite biosourcé élaboré à partir de fibres de lin associées à une résine thermoplastique. L’objectif des travaux de recherche consiste à analyser le comportement mécanique global, à identifier les principaux phénomènes physiques constatés, puis à analyser leurs mécanismes associés. Une analyse expérimentale du comportement mécanique en statique et en fatigue des composites stratifies unidirectionnels et croisés est présentée. Les techniques de l’émission acoustique et d’observations micro-méso-macroscopiques sont les principaux moyens utilisés pour la caractérisation des phénomènes de l’endommagement. Ensuite, une étude expérimentale du comportement vibratoire des poutres composites est réalisée. Dans un premier temps, les propriétés dynamiques des composites stratifiés, sains et endommagés ont été déterminées. À savoir le module de flexion et le facteur de perte sont évalués à partir des réponses en fréquences obtenues en mode linéaire. Dans un second temps, le comportement vibratoire non linéaire des composites sains et endommagés est exploré. Finalement, un modèle analytique qui tient compte des composantes propres à l’élasticité, à la plasticité, à l’endommagement et des paramètres de couplage est identifié et utilisé pour simuler le comportement mécanique global du matériau compositeThe search for alternative solutions to the use of composites wholly or partly derived from renewable resources represents a major environmental challenge and a lever for economic development for future generations. The present study considers the choice of a bio-based composite made from flax fibers associated with a thermoplastic resin. The objective of the research is to analyze the overall mechanical behavior, to identify the main observed physical phenomena, then to analyze their associated mechanisms. An experimental analysis of the mechanical behavior in static and fatigue of unidirectional and cross laminate composites is presented. The techniques of the acoustic emission and micro-meso-macroscopic observations are the main means used for the characterization of the damage phenomena. Then, an experimental study of the vibratory behavior of the composite beams is realized. At first, the dynamic properties of stratified, healthy and damaged composites were determined. Namely, the flexural modulus and the loss factor are evaluated from the frequency responses obtained in linear mode. In a second step, the nonlinear vibration behavior of healthy and damaged composites is explored. Finally, an analytical model that takes into account the components specific to elasticity, plasticity, damage and coupling parameters is identified and used to simulate the overall mechanical behavior of the composite material. Predictive numerical simulations are proposed to evaluate the effect of impact stresses at low speeds / energies on the mechanical behavior of the studied composites
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Nguyen, Duy Cuong. "Caractérisation de l'interface fibre/matrice : application aux composites polypropylène/chanvre." Thesis, Troyes, 2016. http://www.theses.fr/2016TROY0009/document.
Full textAbstract:
Les agro-composites font l'objet de nombreuses études et applications industrielles en raison des multiples propriétés mécaniques qu'ils présentent. Ces propriétés présentent de grandes perspectives comparées à celles des composites traditionnels. Cependant les connaissances sur le comportement mécanique de l'interface fibre/matrice restent limitées. De plus, la différence de propriété entre la fibre hydrophile et la matrice hydrophobe peut causer des défauts au niveau de l’interface. Il est donc important de caractériser finement la décohésion à l'interface au cours d'une sollicitation. Plusieurs méthodes ont été proposées dans la littérature, elles sont généralement très complexes à mettre en œuvre et sont coûteuses. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de caractérisation en se basant sur l'essai de « pull-out ». La géométrie de la fibre a été prise en compte dans le calcul des propriétés mécaniques de l'interface par la mise à profit d'une approche inspirée de la tomographie. L'influence de la température d'élaboration sur les propriétés mécaniques de l'interface a été étudiée de manière à définir la température optimale. L'évolution des propriétés interfaciales a été suivie au cours d'un vieillissement en humidité relative. Après quatre semaines, la résistance au cisaillement et la rigidité au cisaillement de l'interface sont diminuées fortement alors que la déformation à la rupture est augmentéeAgro-composites are increasingly studied and applied to various industries over recent years due to good mechanical properties compared to conventional composites especially in terms of specific values. However, since low adhesion between the hydrophilic fiber and hydrophobic matrix, which occurs one of the main breaks modes in this kind of material, the characterization of the interface becomes a key problem. For investigation of this issue, existing methods show limitation for reasons of complexity (in preparation, in principle) and of cost. In this study, we developed a « pull-out ». In particular, the real fiber geometry of the plant fiber was taken into the calculation of mechanical properties of interface using a tomography inspired method. By checking the effective temperature of the molding then varying it, we studied the effect of this processing parameter to mechanical properties of fibre/matrix interface and determined the optimal conditions. The developed experimental protocol is applied to aged interfaces in order to clarifying the evolution of interfacial properties during the aging time to relative humidity. After four weeks, the interfacial shear strength and the shear modulus of the interface were greatly reduced while the shear deformation at the rupture was greatly increased
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Métafiot, Adrien. "Synthesis of 1,3-diene-based block copolymers by nitroxide-mediated polymerization for application as robust joining between composite matrices." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI076/document.
Full textAbstract:
L’objectif de ce projet fut consacré à la synthèse d’un élastomère thermoplastique (TPE) innovant, utilisable en tant que joint entre des matrices composites. La polymérisation radicalaire contrôlée par des radicaux nitroxyde (NMP) fut choisie afin de produire des TPE copolymères à blocs de type styrénique. Le \uD835\uDEFD-myrcène (My) fut dans un premier temps sélectionné pour synthétiser le bloc souple poly(\uD835\uDEFD-myrcène) P(My). La NMP du My en masse à 120 oC en utilisant l’amorceur BlocBuilderTM fonctionnalisé avec l’ester succinimidyl (NHS-BB) fut très bien contrôlée, permettant l’extension de chaîne du macro-amorceur cis-1,4-P(My) avec du styrène (S). Les copolymères diblocs P(My-b-S) obtenus ayant une masse molaire moyenne en nombre modérée (Mn < 50 kg.mol-1) montrèrent un comportement fragile en test de traction uniaxiale (résistance à la rupture en traction σB < 1,1 MPa, allongement à la rupture en traction εB < 16%). L’incorporation d’unités fonctionnelles au sein du segment souple fut réalisée en parallèle via la NMP du My avec du méthacrylate de glycidyle (GMA) afin de favoriser possiblement le processus de soudage / collage entre le TPE et les composites thermoplastiques envisagés. Un amorceur bifonctionnel, le poly(éthylène-co-butylène)-(SG1)2 (SG1 = groupe nitroxyde), permit par la suite de synthétiser des copolymères triblocs S-My-S ayant une plus haute masse molaire moyenne Mn = 56-66 kg.mol-1 et une plus grande extensibilité (σB < 0,8 MPa, εB < 200%). Les segments PS furent remplacés par des segments ayant une température de transition vitreuse (Tg) plus élevée, à savoir des blocs poly(méthacrylate d’isobornyle) P(IBOMA) afin d’augmenter la résistance mécanique et la température de service du TPE candidat. Des triblocs de type IBOMA-My-IBOMA, dont les domaines furent micro-structurés, montrèrent de meilleures propriétés mécaniques (σB = 3,9 MPa, contrainte à la limite d’élasticité σY = 5,0 MPa, εB = 490%) et une température de service maximale d’environ 140 oC. Toutefois, ces TPE à base de My ne satisfirent pas le cahier des charges industriel à température ambiante, ce qui nous poussa à substituer le bloc flexible P(My) par du poly(isoprène) PI, ayant une masse molaire d’enchevêtrement bien plus faible. Des macro-amorceurs 1,4-PI bien définis et actifs furent d’abord étendus avec du styrène, ce qui permit d’obtenir des triblocs S-I-S auto-assemblés (Mn = 95-109 kg.mol-1, fraction molaire en styrène FS = 0,30-0,49, dispersité Đ = 2,11-2,29). σB = 4,1 ± 0,2 MPa et εB = 380 ± 60 % furent mesurés pour un S-I-S ayant FS = 0,38. Un tribloc de type IBOMA-I-IBOMA fut par la suite synthétisé (Mn = 94 kg.mol-1, Đ = 1,76, FIBOMA = 0,35) et montra de meilleures propriétés en contrainte-déformation (σB = 11,4 ± 0,6 MPa, εB = 1360 ± 210 %)The aim of this study was to produce a novel thermoplastic elastomer (TPE), used as a tough and stable joining between composite matrices. Having typically thermo-reversible crosslinks, TPE can be processed as thermoplastics and exhibit elastic behavior similar to that of chemically crosslinked elastomers in a certain temperature range. Nitroxide-mediated polymerization (NMP) was selected to synthesize linear styrenic block copolymer TPE. \uD835\uDEFD-Myrcene (My) was first considered to manufacture the soft elastomeric segment poly(\uD835\uDEFD-myrcene) P(My) (glass transition temperature Tg ~ − 77 oC). NMP of My at 120 oC in bulk using succinimidyl ester-functionalized BlocBuilderTM alkoxyamine (NHS-BB) was well-controlled, allowing styrene (S) chain-extension from cis-1,4-P(My) macroinitiator. The resulting P(My-b-S) diblock copolymers, exhibiting relatively low number-average molar mass (Mn < 50 kg.mol-1), showed limited stress-strain behavior (ultimate tensile strength σB < 1.1 MPa, elongation at break εB < 16%). Meanwhile, the introduction of functional groups into the soft segment was implemented to subsequently aid the adhesive bonding / welding process between the TPE and the considered polar thermoplastic composites. Well-tailored epoxide functionalized P(My) were thereby synthesized by My/glycidyl methacrylate (GMA) nitroxide-mediated copolymerization. BlocBuilder-terminated poly(ethylene-co-butylene)-(SG1)2 (SG1 = chain-end nitroxide group) difunctional initiator was used to produce S-My-S triblock copolymers with Mn = 56-66 kg.mol-1, which exhibited improved extensibility (σB < 0.8 MPa, εB < 200%). Poly(styrene) PS blocks were then substituted by higher Tg blocks, namely poly(isobornyl methacrylate) P(IBOMA) to enhance the toughness and the service temperature of the candidate TPE. Micro-phase separated IBOMA-My-IBOMA type triblocks exhibited improved mechanical properties (σB = 3.9 MPa, yield strength σY = 5.0 MPa, εB = 490%) associated with an extended upper service temperature of about 140 oC. However, My-based TPE did not satisfy the ArianeGroup mechanical requirements at room temperature, which prompted us to replace P(My) by poly(isoprene) (PI), which has much lower entanglement molar mass compared to P(My). Well-defined and active 1,4-PI-(SG1)2 macroinitiators were first chain-extended with S, leading to self-assembled S-I-S triblocks (Mn = 95-109 kg.mol-1, molar fraction of S in the copolymer FS = 0.30-0.49, dispersity Đ = 2.11-2.29). With FS = 0.38, S-I-S showed σB = 4.1 ± 0.2 MPa and εB = 380 ± 60 %. IBOMA-I-IBOMA type copolymer was then produced (Mn = 94 kg.mol-1, Đ = 1.76, FIBOMA = 0.35) and improved stress-strain properties were obtained at room temperature (σB = 11.4 ± 0.6 MPa and εB = 1360 ± 210 %). Lastly, hydrogenation of I-based block copolymers was performed at normal pressure and resulted mostly in an enhanced thermal stability, a greater tensile stress at break and a reduced elongation at break
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Pedoto, Giuseppe. "Characterization and Modelling of the Thermomechanical and Ageing Behavior of PEKK and C/PEKK Composites for Aircraft Applications at High Temperatures (above the Glass Transition Temperature) Characterization of the mechanical behavior of PEKK polymer and C/PEKK composite materials for aeronautical applications below and above the glass transition temperature." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0011.
Full textAbstract:
La sensibilisation accrue aux questions environnementales concerne aujourd'hui les structures aéronautiques en termes d'impact environnemental et traitements de fin de vie. Dans cette optique,la possibilité de remplacer, dans les composites à matrice organique (CMO) utilisés pour des applications aéronautiques, leur matrice thermodurcissable non recyclable par une matrice thermoplastique recyclable est étudiée. En outre, les polymères thermoplastiques, tels que le PEKK, ont la possibilité d'être utilisés dans des structures plus chaudes (par exemple le pylône d'un avion), faisant l'objet de sollicitations de longue durée (fluage). Les températures de service de ces structures plus élevées que celles de la température de transition vitreuse du PEKK : il en découle, dans le matériau, une perte de propriétés due au changement d'état de solide à caoutchoutique, et éventuellement l'activation de phénomènes de cristallisation etde dégradation, qui pourraient également interagir. Ce travail vise à identifier et à modéliser ces mécanismes caractérisant le comportement du PEKK, dans ces conditions extrêmes particulières.Ceci est réalisé à partir de l'analyse des résultats des essais thermomécaniques, physico-chimiques et thermomécaniques couplés avec l’oxydation. Le modèle analytique 1-D du comportement duPEKK qui résulte de l’analyse des essais est étendu en 3-D et implémenté dans une méthode d'homogénéisation/localisation semi-analytique multi-échelle pour simuler le comportement dans mêmes conditions de composites stratifiés à matrice PEKK, en faisant varier l'orientation des plis et la séquence d'empilementThe nowadays increased awareness towards environmental issues concerns aircraft structures in terms of environmental impact and end-of-life disposal. In this optics, the possibility of replacing in the organic matrix composites (CMO) employed for aircraft applications the non-recyclable thermosetting matrix with a recyclable thermoplastic one is investigated. Moreover, thermoplastic polymers, such PEKK, have the possibility of being employed in warmer structures (e.g. the aircraft pylon), undergoing long duration solicitations (creep).The service temperatures for those structures are higher than the PEKK glass transition temperature, provoking, in the material, a loss of properties deriving from a change of state from solid to rubber, and possibly the activation of crystallization and degradation phenomena, which could also interact. This work aims to identify and model the mechanisms characterizing PEKK behavior, under the structure operative service conditions. This is achieved from the analysis of the results of thermomechanical, physical-chemical and coupled thermomechanical/oxidation tests. The resulting 1-D analytical model of the PEKK behavior, is extended in 3-D and implemented in a multi-scale semi-analytical homogenization / localization method to simulate PEKK based composites under the same conditions, varying the plies orientation and stacking sequence
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Le, Digabel-Houllier Frédérique. "Incorporation de co-produits de paille de blé dans des matrices thermoplastiques : approche de la comptabilité charge-matrice et propriété des composites : thèse pour le doctorat en sciences spécialité Chimie des matériaux." Reims, 2004. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000020.pdf.
Full textAbstract:
Le blé est une des ressources agricoles de la région Champagne Ardenne et ses co-produits (son , paille,) sont valorisés par des entreprises pour des applications non alimentaires. L'objectif de mes travaux était de valoriser un co-produit lignocellulosique, issu d'un procédé industriel d'hydrolyse de paille de blé. Dans cette perspective, des matériaux composites innovants à matrice thermoplastique chargée par ces matériaux lignocellulosiques ont été élaborés par extrusion. Deux types de matrice ont été considérés : une matrice polypropylène de nature hydrophobe pour des applications en automobile et une matrice polyester biodégradable moins hydrophobe pour des applications dans les secteurs agricole ou de l'emballage. Les composites élaborés à partir de polypropylène sont rigides et cassants même avec une incorporation de seulement 10% en poids de matériaux lignocellulosiques. L'ajout d'un agent de pontage n'a pas permis de modifier ce comportement. Par contre, l'incorporation d'un taux de charge de 30% dans le polyester permet de conserver ses propriétés de ductilité avec un très bon effet renforçant. Pour expliquer ces différences de comportement mécanique, les propriétés de surface ont été évaluées à travers l'étude de la mouillabilité des différentes matières premières. Ainsi, le polyester apparaît être la matrice la plus adaptée pour être chargée par les co-produits de paille de blé étudiés car la tension interfaciale de ces systèmes est proche de zéro. Ces composites présentent donc une bonne compatibilité charge - matrice contrairement aux composites à base de polypropylèneWheat is one of main agricultural resources of Champagne-Ardenne (French region). Some by-products such as bran or straw are given an added value by local firms for non food applications. The objective of this work was to develop some outlets for lignocellulosic materials which are produced from an industrial hydrolysis process of wheat straw. At this prospect, new composites based on these fillers have been made by extrusion followed by injection moulding. Two types of matrices have been used: hydrophobic polypropylene for automotive applications and biodegradable polyester for agricultural or packaging applications. Composites based on polypropylene are rigid and brittle even at low lignocellulosic contents (10% wt). Unfortunately, the addition of coupling agents did not modify this mechanical behaviour. On opposite, matrix ductility is preserved for reinforced polyester till 30% wt of filler. To try to explain these two different mechanical behaviours, surface properties have been investigated by contact angle measurements. Result is that polyester seems to be the most suited matrix for the studied lignocellulosic fillers, because in this case determined interfacial tensions are close to zero. This material shows better filler - matrix compatibility compared to composites based on polypropylene
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Tanguy, Morgane. "Contribution à l’étude de matériaux composites à matrice polypropylène et renforcés par des fibres végétales : de la fibre à la pièce automobile." Thesis, Lorient, 2016. http://www.theses.fr/2016LORIS425.
Full textAbstract:
Cette thèse a été financée par l’équipementier automobile Cooper Standard afin de développer des éléments de pièces automobiles en polypropylène (PP) renforcés par des fibres végétales. Son objectif majeur est d’identifier les paramètres clés permettant l’obtention de composites performants pour ensuite les développer industriellement. Une grande diversité de parois végétales a été testée mécaniquement, étape primordiale pour l’analyse du comportement des composites. Les fibres sélectionnées ont ensuite été mélangées au PP et l’étude du compoundage a mis en évidence son impact sur les propriétés des futurs composites et la difficulté de mélanger des fibres végétales dans une matrice fondue. Les compounds PP/fibres végétales ont ensuite été transformés par extrusion et les travaux menés ont permis de développer des composites renforcés par des fibres de bois respectant le cahier des charges de Cooper Standard. Une comparaison entre l’injection et l’extrusion a souligné l’effet de la mise en œuvre sur les propriétés mécaniques et la microstructure des composites. Des composites modèles unidirectionnels renforcés par des fibres longues ont permis de comprendre les mécanismes de renforcement d’une matrice polypropylène par des fibres végétales de jute et de lin, et ont mis en évidence l’importance des propriétés mécaniques des constituants. Au contraire des composites injectés et renforcés par des fibres courtes de lin et de jute ont, eux, montré la prépondérance de la microstructure, par rapport aux performances des fibres, sur les propriétés mécaniques des piècesThis thesis was funded by the automotive supplier Cooper Standard to develop auto parts in polypropylene (PP) reinforced with plant fibers. Its major objective is to identify key parameters for obtaining high performance composites and then develop industrially. A great variety of plant cell walls was tested mechanically, critical step for the composite behavior analysis. The selected fibers were then mixed in PP and the study of compounding highlighted its impact on the properties of future composite and the difficulty of mixing plant fibers into a molten matrix. The compounds PP / vegetal fibers were then processed by extrusion and the work carried out has allowed the development of composite reinforced with wood fibers respecting the specifications of Cooper Standard. A comparison between extrusion molding and injection molding has showed the effect of molding process on mechanical properties and microstructure of composites. Unidirectional composites models reinforced with long fibers helped to understand the mechanisms of strengthening of a polypropylene matrix with jute and flax fibers, and highlighted the importance of constituents’ mechanical properties. Unlike injected composites and reinforced by short jute and flax fibers have them, showed the predominance of microstructure, compared with the performance of the fibers, on the mechanical properties of the parts
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Poulet, Pierre-Alexis. "Effet de la variabilité microstructurale sur le comportement d’un composite UD verre/PA11 : de la caractérisation expérimentale à la modélisation multi-échelle." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM050/document.
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Dans le domaine des transports, l’allègement des structures est une préoccupation de l’industrie moderne. À cet effet, les matériaux composites unidirectionnels à matrice polymère sont de plus en plus utilisés pour des applications structurelles. Pour mener à bien cette transition technologique, les campagnes expérimentales laborieuses et onéreuses sont progressivement réduites, laissant la place à une caractérisation “numérique“ supplétive et ciblée. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse. Le matériau considéré est un composite à matrice thermoplastique (le Polyamide 11) et à renforts unidirectionnels de fibres de verre. Sous sollicitations mécaniques, la variabilité microstructurale, à l’échelle des constituants, engendre des contraintes multi-axiales importantes qu’il est nécessaire d’évaluer. C’est notamment le cas dans les zones où la matrice est confinée par le renfort. Étudier l’échelle microscopique se révèle primordial pour comprendre et simuler les mécanismes de déformation spécifiques à la matrice thermoplastique.En première partie, une campagne expérimentale est réalisée sur le polymère thermoplastique massif. Des éprouvettes axisymétriques entaillées sont sollicitées en traction monotone et suivies in situ en tomographie aux rayons X. Un phénomène de cavitation est observé. Les grandeurs macroscopiques (ouverture d’entaille, réduction diamétrale. . .) mais aussi microscopiques (évolution des cavités considérées en cluster et individuellement)sont analysées de manières qualitative et quantitative.Un modèle Éléments Finis poro-viscoplastique est ensuite proposé et calibré afin de prendre en compte les mécanismes spécifiques de déformation et d’endommagement du polymère observés expérimentalement. La seconde partie est consacrée à l’étude numérique du matériau composite unidirectionnel. La représentation de la microstructure réelle est permise par la génération de cellules périodiques aléatoires et représentatives(vis-à-vis de descripteurs morphologiques). Des calculs micromécaniques sont alors menés et permettent d’accéder aux mécanismes de déformation, aux grandeurs locales et au comportement mécanique du composite (en élasticité linéaire et au-delà). Une attention particulière est portée à la représentativité des grandeurs calculées. Enfin, une démarche multi-échelle est proposée. Une homogénéisation numérique par un milieu de substitution permet de réaliser des calculs de structure tandis qu’une relocalisation sur certains points critiques donne accès aux grandeurs localesIn the field of transport, research for reducing the weight of structures is a continuing preoccupation for the industry. For this reason, polymer matrix composite materials are being used increasingly for structural applications. To succeed with this technological transition numerical modelling plays a significant role as cumbersome and costly experimental campaigns are being limited. This is the background to this thesis work.The material considered is composed of a thermoplastic resin (Polyamide 11) with a unidirectional glass fibre reinforcement. Under mechanical loadings, the microsctructural variability, at the constituent length scale, leads to important multi-axial stresses that need to be evaluated. This is notably true in zones where the matrix is particularly confined. Studying the microscopic scale is of paramount importance in order to understand and simulate specific strain mechanisms of the thermoplastic resin.In the first part, an experimental campaign has been conducted on the plain thermoplastic polymer. Axisymetric notched specimens were tested under uniaxial monotonous tension and monitored with in-situ X-ray synchrotron computed tomography. A cavitation phenomenon has been observed. Not only macroscopic quantities (notch opening displacement, reduction in diameter…) but also microscopic (evolution of voids considered as a cluster or individually) have been analyzed both quantitatively and qualitatively. A finite element model is subsequently proposed and calibrated to take into account the specific strain deformations and damage experimentally observed with this polymer.The second part is dedicated to a numerical study of the unidirectional composite material. A representation of the real microstructure has been tackled with the generation of virtual random and periodic cells in a way that nevertheless is truely morphologically representative. Micromechanics computations have been carried out and give access to strain mechanisms, to local quantities and to the composite material behaviour (in linear elasticity and beyond). Special attention is paid to the representativeness of the computed quantities. Finally, a multiscale approach is proposed. Structural computations have been possible due to a numerical homogenization based on an homogeneous equivalent medium whilst a relocalisation gives access to local quantities in critical zones of the structure
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Bouzouita, Sofien. "Optimisation des interfaces fibre-matrice de composites à renfort naturel." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769959.
Full textAbstract:
Les fibres naturelles ont réussi à acquérir un grand intérêt à l'échelle académique et industrielle. Ces fibres sont résistantes, possèdent des densités relativement basses, ont de faibles coûts et proviennent de ressources renouvelables abondantes. Les mêmes techniques classiques peuvent être utilisées pour la mise en œuvre des composites à base de fibres naturelles. Tous ces avantages ont fait que des constructeurs automobiles, par exemple, s'intéressent massivement à intégrer des pièces en ce type de composite dans plusieurs modèles de leurs véhicules. Cependant, les problèmes de compatibilité entre les fibres lignocellulosiques et les thermoplastiques limitent le transfert de charge entre fibre et matrice et ainsi les propriétés mécaniques des composites. La durabilité de ces matériaux en présence d'eau ou d'humidité est aussi problématique à cause de la haute hydrophilie des fibres naturelles. Le but de ce travail est de mieux comprendre les phénomènes relatifs à la mise en œuvre et à la l'utilisation de matériaux composites à base de polypropylène renforcé par des fibres de chanvre. L'influence d'un séchage préalable des fibres et d'une nouvelle technique de pré-imprégnation à sec, appelée Fibroline, ont été particulièrement étudiées. Cette dernière consiste à soumettre une poudre et un substrat fibreux à imprégner à un champ électrique de haute tension. Celui-ci provoque l'accélération des grains et crée une parfaite répartition de la résine dans le support fibreux. Au cours de ce traitement, des modifications chimiques et physiques peuvent se produire et entraîner l'amélioration de l'adhésion fibre/matrice. L'influence des techniques de préparation et de mise en œuvre sur les propriétés morphologiques, chimiques et mécaniques des fibres a été analysée. Des observations MEB ont permis de mettre en évidence des modifications de la surface par apparition de micro-craquelures après séchage, application du champ électrique et surtout après double traitement (séchage et Fibroline). Des analyses chimiques par XPS (spectroscopie photo-électronique aux rayons X) des fibres ont montré aussi des modifications de la chimie des surfaces. Principalement des phénomènes d'oxydation sont apparus. D'autre part, la caractérisation mécanique par traction sur mono-filaments dans différents états, a montré une dégradation des propriétés des fibres lors de leur préparation et lors de la phase d'imprégnation en utilisant la technique Fibroline, comparé au cas brut de réception. Les propriétés interfaciales ont été analysées en utilisant trois techniques. D'une part mécaniquement en utilisant le test de fragmentation et le test de déchaussement de micro-goutte, et d'autre part, par suivit de cristallisation isotherme à l'aide de platine chauffante et microscopie optique en lumière polarisée. Les essais mécaniques ont montré l'amélioration de la résistance interfaciale des fibres pré-séchées et celles traitées par la technique Fibroline. Celles doublement traitées ont vu leurs propriétés interfaciales chuter. L'analyse sous conditions isothermes des phénomènes de cristallisation ont permis d'observer l'apparition de zones transcristallines uniformes dans les deux cas ayant été imprégnés par la technique Fibroline. Ceci peut être expliqué par les modifications apportées par cette technique au niveau des surfaces des fibres. [...]
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Corveleyn, Sylvain. "Comportement mécanique à long terme et en température d’un composite injecté à matrice PEEK renforcé de fibres de carbone courtes." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2018. http://www.theses.fr/2018EMAC0007.
Full textAbstract:
Les composites thermoplastiques hautes performances ont suscité l'intérêt de l'industrie aéronautique pour remplacer l'aluminium dans certaines pièces. Ils permettent la production de pièces moins lourdes et moins coûteuses. Parmi ces matériaux, le PEEK renforcé par des fibres de carbone courtes semble intéressant pour des applications nécessitant de hautes propriétés thermomécaniques. Ce matériau a déjà fait l'objet de travaux au Laboratoire ICA de l'IMT Mines Albi, dans le cadre de la thèse de Jérémy Crevel ainsi que les projets régionaux Midi-Pyrénées CINTHTE, CINTHTE2 et FUI INMAT2. En outre, des applications industrielles sont en cours de développement chez Liebherr Aerospace. Cependant, le comportement à long terme en température de ce matériau est mal connu. L'objectif de cette thèse est de déterminer la plage d'utilisation du matériau en fonction du temps, de la température et du chargement. Deux phénomènes intervenant à hautes températures et à long terme sont étudiés : le vieillissement et le fluage. L'étude du vieillissement sous air s'est concentrée sur l'évolution des propriétés mécaniques en traction après une longue exposition à haute température. L'influence du vieillissement sur les propriétés mécaniques usuelles (module, contrainte à rupture et allongement à rupture) ainsi que sur l'endommagement et la plasticité a été mesurée en dessous et au-dessus de la température de transition vitreuse et pour différentes orientations de fibres. L'évolution de la structure du matériau avec le vieillissement a été suivie pour faire le lien avec les propriétés mécaniques. L'étude du fluage s'est faite à des contraintes inférieures au seuil d’endommagement du matériau. Des essais à court terme et dynamiques fréquentiels ont été réalisés pour définir un modèle de comportement dépendant du temps et l’identifier sur le long terme. Ils ont en outre permis de prendre en compte la température, le vieillissement et l'anisotropie du matériau pour des durées longues. Ces deux études (vieillissement et fluage) ont été unifiées dans un critère de rupture pour prévoir le temps à rupture du matériau. Enfin, un modèle viscoélastique isotrope transverse et des indicateurs de rupture en fluage ont été implémentés dans Abaqus pour réaliser des calculs sur des pièces industriellesThe high performance thermoplastic based composites sparked interest of the aeronautical industry to replace aluminum in some parts. These composites permit to produce lighter and less expensive parts. Among these materials, short carbon fiber reinforced PEEK is interesting for applications requiring high thermomechanical properties. This material has already been studied in some preliminary works at the ICA-Albi laboratory, especially in the PhD thesis of Jérémy Crevel and projects funded by the Midi-Pyrénées region CINTHTE, CINTHTE2 and FUI INMAT2. Moreover, some industrial parts are currently developed by Liebherr Aerospace. However, the long term and high temperature behavior is ill known. The aim of this PhD thesis is to determine the range of use for the material in function of time, temperature and loading. Two phenomena occurring at high temperature for long period of time are studied: ageing and creep. Ageing was studied under air atmosphere at high temperature. Mechanical properties evolution under tensile traction (elastic modulus, ultimate stress and stress at break) and damage and plasticity are measured below and above glass transition temperature and for different fiber orientations. Similarly, influence of ageing on the material structure is studied and linked to mechanical results. Creep study is done at stresses where material does undergo no damage. Short term and dynamic mechanical tests are carried out to define and identify a time dependent mechanical behaviour law over long period of time. Moreover, they permit to take into account effects of temperature, ageing and anisotropy. Both previous studies (ageing and creep) are unified in a failure criteria to forecast failure of the material. Finally, a transverse isotropic viscoelastic model and failure indices have been implemented into Abaqus to realize calculation of an industrial parts
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Vivier, Thierry, and Morand Lambla. "Formation de nodules thermodurcis au sein d'une matrice thermoplastique." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1996. http://www.theses.fr/1996STR13164.
Full textAbstract:
Des melanges de thermoplastiques chimiquement inertes et de resines thermodurcissables epoxyde/diamines primaires, reticulant par polyaddition, ont tout d'abord ete etudies. De tels melanges peuvent etre initialement miscibles ou immiscibles. Dans les deux cas, la formation de nodules thermodurcis spheriques n'a ete reussie que lorsque la gelification de la resine thermodurcissable etait conduite sans agitation: nos tentatives de stabilisation des nodules s'etant revelees infructueuses ! dans les melanges initialement miscibles, les nodules thermodurcis sont formes par demixtion, induite par la reaction de reticulation. Nous avons ainsi realise un melange ps/dgeba/ipd contenant 29% en poids de billes thermodurcies d'environ 1,4 m de diametre. Par contre, dans un melange immiscible lpde/dgeba/ddm, nous ne sommes pas parvenus a former des particules thermodurcies en quantite aussi grande et aussi monodisperse en taille. Le ps a pu etre remplace par une matrice souple, egalement miscible avec la resine epoxyde: un copolymere statistique ethylene-acrylate de methyle. La taille des billes thermodurcies pouvait alors etre modifiee en jouant sur la viscosite et la teneur en acrylate du copolymere. Des melanges initialement miscibles, a base d'un thermoplastique et d'une resine thermodurcissable potentiellement co-reactifs, ont egalement ete etudies. Dans les melanges a base d'epoxyde, une matrice constituee d'un terpolymere ethylene-acrylate de methyle- methacrylate de glycidyle, avec peu de sites reactifs, a permis d'assurer l'adherence interfaciale. Cependant, la formation de nodules thermodurcis, pratiquement spheriques, et de taille microscopique ou submicroscopique, ne pouvait toujours pas etre effectuee directement en cours de malaxage. L'emploi d'une resine thermodurcissable reticulant par voie radicalaire, le trimethylolpropane triacrylate (trim), a par contre permis d'y parvenir. Ce succes resultait vraisemblablement d'une evolution plus favorable des masses moleculaires en cours de reticulation. La taille des nodules thermodurcis formes etait de plus reduite. Elle ne depassait pas les 200 nm dans un melange ps/25%trim
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Davies, Peter. "Comportement en délaminage des matériaux composites à matrice thermoplastique." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37604284r.
Full text
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BONFIELD-CAHUZAC, STEPHANIE. "Influence de l'interphase fibre-matrice sur le comportement des materiaux composites a matrice thermoplastique." Paris, ENMP, 1994. http://www.theses.fr/1994ENMP0542.
Full textAbstract:
Les proprietes d'un materiau composite dependent non seulement des proprietes intrinseques des elements constituants, la fibre et la matrice, mais egalement de l'interface les separant. Une bonne liaison interfaciale est essentielle a un transfert de contrainte efficace entre la matrice et la fibre. Deux approches differentes d'amelioration de l'adhesion fibre/matrice ont ete etudiees: enrobage de fibres avec un ensimage specifique a la matrice et utilisation d'une technique de fabrication reactive in-situ pour greffer des groupements fonctionnels au squelette du polymere afin d'activer la matrice. Les deux systemes, modification par ensimage et modification de la matrice, ont ete examines dans les materiaux composites renforces par les fibres de verre-e, respectivement, a matrice polyamide 6. 6 et polypropylene. Les constituants, la fibre, l'ensimage et la matrice ont ete analyses individuellement, puis combines dans le materiau composite. Trois methodes d'evaluation de la resistance de la liaison fibre/matrice ont ete developpees: le modele d'efficacite d'adhesion, l'analyse viscoelastique et le test de la microgoutte
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Nicodeau, Célia. "Modélisation du soudage en continu de composites à matrice thermoplastique." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001506.
Full textAbstract:
Nos travaux se sont intéressés au soudage de matériaux composites à matrice thermoplastique avec une application au cas particulier du procédé de consolidation en continu "Drapcocot" développé dans l'industrie aéronautique. L'objectif est de comprendre les mécanismes physico-chimiques qui interviennent lors de la consolidation du matériau APC-2 (fibres de carbone/PEEK) afin de pouvoir modéliser puis optimiser le procédé. Dans cette perspective, l'originalité de l'étude a été de développer une modélisation thermique du procédé à l'échelle de la pièce composite et de mener simultanément une étude approfondie des phénomènes à l'échelle macromoléculaire: diffusion des chaînes, cristallisation et dégradation thermique du PEEK. En couplant ces différentes approches, nous sommes désormais capables de prédire l'efficacité de la consolidation en fonction des paramètres du procédé. Dans le diagramme Temps-Temérature du procédé, les limites imposées par les différents phénomènes physiques antagonistes sont données par des courbes «iso-diffusion» et «iso-dégradation». Ces simulations ont été confrontées aux expériences en terme de tenue mécanique de l'interface soudée. Cette cartographie du soudage en continu nous a permis d'expliquer dans quelle voie l'amélioration du procédé doit se faire pour que la consolidation soit optimale. Le modèle développé peut être étendu à d'autres systèmes de chauffe ou d'autres matériaux.
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Aucher, Jérémie. "Etude comparative du comportement composites à matrice thermoplastique ou thermodurcissable." Phd thesis, INSA de Rouen, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557897.
Full textAbstract:
Cette thèse consiste en une étude comparative des propriétés thermomécaniques de composites tissés à matrice thermoplastique (PEEK ou PPS) et thermodurcissable (époxy). Une analyse bibliographique a permis la comparaison les comportements des ces stratifies en fonction de la nature de la matrice, de la sollicitation et des conditions environnementales. Une étude expérimentale a conduit à une base de données des trois matériaux sous diverses sollicitations mécaniques (essais monotones élémentaires et structures) et différentes conditions environnementales (température et V.H.). Des essais sur assemblages boulonnes (simple et double recouvrement) ont également été réalisés. Une technique de mesure de champ par corrélation d'images numériques a permis d'étudier le comportement de stratifies troues. Enfin, un modèle de comportement élastoplastique orthotrope de stratifies tisses a matrice thermoplastique a été implémenté dans le code E.F. cast3m et valide pour différentes températures.
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Barasinski, Anaïs. "Modélisations du procédé de placement de fibres composites à matrice thermoplastique." Ecole centrale de Nantes, 2012. http://www.theses.fr/2012ECDN0032.
Full textAbstract:
Le procédé de placement de fibres thermoplastiques permet de fabriquer des pièces composites de grandes dimensions ayant toutes sortes de géométries (double courbure par exemple). Ce procédé est basé sur le soudage continu par fusion d’un pli composite à matrice thermoplastique sur un substrat. Il reçoit un intérêt croissant au cours des dernières années en raison de sa capacité à réaliser des pièces hors autoclave. Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un projet aéronautique qui vise à comprendre et développer ce procédé de dépose automatisé en étudiant l’histoire thermo-mécanique de la matière au cours de la dépose, le champ de contraintes résiduelles dans la pièce après fabrication et la capabilité du procédé pour un soudage in-situ. Cette étude permet d’autre part de contribuer au développement de la tête de dépose. Afin de contrôler et d'optimiser la qualité de la pièce fabriquée, la prédiction de l’histoire thermo-mécanique appliquée durant la fabrication du stratifié est nécessaire. Dans ce travail, une modélisation thermique originale de ce procédé est proposée. L’adhésion interplis évoluant au cours de la mise en forme et ayant une influence significative sur les transferts thermiques, ce paramètre est intégré dans le modèle au moyen de résistances thermiques de contact évolutives. Les résultats numériques sont validés par des mesures expérimentales. En raison de la géométrie particulière du problème (fines bandes de pré-imprégnés de grande longueur), une méthode de résolution numérique PGD ou (Proper Generalized Decomposition) est utilisée. Cette méthode permet de contourner les problèmes liés au grand ratio existant entre la longueur de matière et son épaisseur. Elle permet par ailleurs de prendre en compte de nombreux paramètres (matériaux, ou procédés) comme extra coordonnées du modèle. Finalement, différentes fenêtres procédé, adaptées au niveau de spécifications requis sur la pièce, sont définies. Les questions de maximisation de la cristallinité et minimisation des contraintes résiduelles sont abordées afin de pouvoir s’approcher du procédé in-situ recherchéThermoplastic automated tape placement process allows the manufacture of large composite parts with all kinds of geometries (eg double curvature). This method is based on the continuous welding by fusion bonding of a thermoplastic matrix composite ply on a substrate. It received an increasing interest in recent years due to its ability to produce parts out of autoclave. This study is part of an aeronautic project that aims to understand and develop this automated deposition process through the study of the thermo-mechanical history of the material during its deposition, the residual stresses in the workpiece after manufacturing and the process capability for in-situ welding, while contributing to the development of the deposit head. In order to control and optimize the quality of the part, the prediction of the thermo-mechanical history applied during the manufacturing of the laminate is required. In this work, an original thermal modeling of this process is proposed. The bonding degree evolves during the deposition and has a significant impact on heat transfer, this parameter is included in the model using evolving thermal contact resistance. The numerical results are validated by experimental measurements. Due to the particular geometry of the problem (thin pre-impregnated tape of great length), a numerical PGD method (Proper Generalized Decomposition) is used. This method overcomes the problems associated with large ratio between the length of material and its thickness. It also allows to take into account many parameters (material, or process) as extra coordinates of the model. Finally, various process windows, appropriate to the level required specifications on the part, are defined. Questions related to the maximization of the crystallinity and the minimization of residual stresses are discussed in order to approach the one-step process sought
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Arribas, Mercedes. "Etude et modelisation du comportement dynamique des composites a matrice thermoplastique." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066508.
Full textAbstract:
L'etude porte sur le comportement mecanique dynamique en torsion du polyamide 12/fibres de carbone (pa12fc) et du polyetherethercetone/fibres de carbone (apc2). Les proprietes mecaniques de ces deux matrices sont influencees par la presence des fibres, dans le cas du pa12fc, les fibres limitent les possibilites d'expansion de la resine pure, qui se trouve alors soumise a une pression de confinement (contrainte microscopique). Pour l'apc2, les conditions de mise en uvre provoquent l'apparition d'une place transcristalline au voisinage des fibres, qui peut induire un comportement mecanique different. L'approche d'homogeneisation des milieux periodiques a ete utilisee pour confirmer (ou infirmer) les hypotheses faites (contrainte microscopique dans le pa12fc et phase transcristalline qui ameliore les proprietes en torsion dans le peekfc) par ailleurs impossible a verifier. Cette approche a ete appliquee a des materiaux d'abord supposes purement elastiques, ensuite consideres comme materiaux viscoelastiques de kelvin-voigt et enfin, traites comme materiaux viscoelastiques en regime harmonique. Il a ete confirme que la presence de fibres empeche l'expansion thermique de la resine pure pa12 provoquant une contrainte microscopique a l'interieur du composite. De meme, la modelisation de la phase transcristalline dans le peekfc confirme l'influence de cette phase sur le module g' en torsion a temperature inferieures a la temperature de transition vitreuse (tg)
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Blanc, Corinne. "Contribution à l'étude des mécanismes d'interphase dans les composites à matrice thermoplastique." Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10224.
Full text
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Le, Basser Yann. "Lois de comportement de composites à matrice thermoplastique renforcée de fibres courtes." Paris, ENMP, 2002. http://www.theses.fr/2002ENMP1079.
Full text
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Beauchamp, Marc-André. "Développement d'un procédé de recyclage des pales d'éoliennes en composite à matrice thermoplastique." Mémoire, École de technologie supérieure, 2010. http://espace.etsmtl.ca/256/1/BEAUCHAMP_Marc%2DAndr%C3%A9.pdf.
Full textAbstract:
Cette étude relate le recyclage d’un matériau composite thermoplastique fabriqué par infusion
de polyamide 6 de polyaddition anionique dans un renfort de fibres de verre continues.
Ce matériau est en développement à l’Université technologique de Delft (TUDelft)
aux Pays-Bas dans l’optique de servir à la fabrication de pales d’éoliennes recyclables.
L’étude porte sur le recyclage secondaire par voie mécanique (broyage/injection) du composite
pour en faire un plastique renforcé à fibres courtes. Après un broyage, tamisage
et étuvage, le matériau a été mise en forme par injection sous forme d’éprouvettes de
traction ASTM type I à l’Institut de matériaux industriels. La matière broyée a été caractérisée
par DSC afin d’en déterminer les propriétés physiques et la distribution de la
longueur des fibres a été faite au microscope optique après une pyrolyse.
Quatre matériaux différents ont été fabriqués à partir de la matière première provenant
de plaques infusées. Ainsi, deux fractions issues du tamisage des plaques broyées (0,6
à 2 mm et plus de 2 mm) et deux résines de dilution ont été combinées en 4 matériaux.
Le taux massique de fibres, Wf , a été dilué à environ 30 %, dans un cas avec
des plaques de polyamide 6 de polyaddition (APA 6) infusées non chargées provenant
également de TUDelft et dans l’autre avec un polyamide 6 commercial de polycondensation
(HPA 6). Le croisement des paramètres résine de dilution et dimension initiale des
particules broyées fait en sorte que 4 matériaux sont à l’étude. Finalement, ces matériaux
ont subi 2 cycles ce qui a permis d’évaluer l’effet du nombre de cycles sur les propriétés
physiques et mécaniques.
De manière générale, le module d’élasticité E et la résistance en traction, Rm, sont de
l’ordre de ceux obtenus pour des polyamides 6 renforcés à 30 % de fibres de verre. Les
éprouvettes diluées avec une résine commerciale ont de meilleures propriétés, E, d’environ
10 GPa et Rm d’environ 180 MPa, que les éprouvettes diluées avec une résine APA 6. Les
éprouvettes diluées avec une résine APA 6 contiennent des vides tel qu’il sera possible de
constater à l’aide des fractographies au microscope électronique à balayage (MEB).
La rigidité et la résistance du matériau diminuent avec le nombre de cycles, et ce, dès
le second cycle. Le cisaillement du procédé de broyage et d’injection fait en sorte qu’une
perte considérable des propriétés est constatée. La longueur critique, lc, en dessous de
laquelle le transfert de charge de la matrice vers la fibre a été atteinte dès le premier
recyclage.
IV
Finalement, le paramètre de la longueur initiale des particules broyées influence le comportement
suite aux recyclages successifs. Les éprouvettes dont les particules initiales
mesurent plus de 2 mm perdent davantage leur module de rigidité que celles dont la
dimension des particules broyées initiales est située entre 0,6 et 2 mm après 2 cycles.
L’avantage qu’avaient ces fibres plus longues est perdu après un second broyage et injection
à cause de l’alignement et de la dispersion de la fibre dans la matrice.
Le recyclage secondaire par voie mécanique se distingue par rapport aux autres types de
recyclage par sa facilité à mettre en oeuvre et la possibilité de fabriquer des produits durables.
Le recyclage primaire, c’est-à-dire fabriquer des pales d’éoliennes recyclées à partir
de ce matériau, étant impossible, c’est la meilleure utilisation de la matière qui puisse
être faite avant la récupération par voie chimique et la combustion avec récupération de
l’énergie. La résine polyamide 6 requiert 132 MJ/kg pour sa synthèse comparativement à
145 MJ/kg pour la résine époxyde liquide utilisée dans la fabrication des pales d’éoliennes
actuelles. Cependant, la combustion de ces dernières ne libère que 30 MJ/kg lors de leur
pyrolyse.
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Descarpentries, Jérémie. "Compréhension et rôle de la dispersion de charges inorganiques dans une matrice thermoplastique." Caen, 2010. http://www.theses.fr/2010CAEN2020.
Full textAbstract:
L’optimisation des performances des polymères chargés de nanoparticules nécessite de comprendre les relations entre procédé, matrice et particules. Des profilés de polypropylène renforcés par six types de carbonates de calcium précipités sont extrudés, en faisant varier les conditions de mise en œuvre : taux de charge, température, vitesse de vis, surfactant. La morphologie des agglomérats de particules est déterminée par l’analyse d’images obtenues en microscopie électronique à balayage. L’originalité de la méthode consiste en une prise d’images à différents grossissements de la section des profilés pour obtenir la répartition globale en taille des inclusions. La distribution en taille suit une loi Log-Normal et trois paramètres sont utilisés pour la caractériser quantitativement : le diamètre médian, le coefficient d’asymétrie et la distance interparticulaire. L’évolution des propriétés des différents matériaux tant au niveau du comportement rhéologique, thermodynamique que mécanique est étudiée en fonction de la morphologie et de la distribution des particules. Il ressort que le taux de charge utilisé classiquement n’est pas suffisant pour décrire le comportement des polymères chargés. De plus, à l’interface polymère/charge, la formation d’une couche perturbée de polymère dite « interphase » apparaît ; cette interphase dépend de la morphologie des agglomérats et des interactions entre particules et matrice. Le renforcement provient donc de la qualité de la dispersion des particules et de la synergie entre les inclusions et la matrice.
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Touchard, Fabienne. "Spécificités du comportement mécanique de composites stratifiés à fibres longues et à matrice thermoplastique." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2338.
Full textAbstract:
L'utilisation des stratifies composites dans des structures aerospatiales de plus en plus complexes a rendu necessaire l'elaboration de modeles previsionnels du comportement mecanique de plaques composites lisses ou trouees. Dans ce cadre, cette etude concerne des stratifies en apc-2 (fibres longues de carbone et resine thermoplastique) soumis a une traction uniaxiale. Une comparaison systematique avec le composite thermodurcissable t300/914 a ete effectuee. Grace a des essais de cyclages sur divers stratifies lisses, a des mesures de deplacements plans par granularite laser sur des stratifies troues et aux suivis d'endommagement, il a ete possible d'adapter un modele de comportement elasto-plastique endommageable aux specificites de l'apc-2 et de reunir les outils necessaire a la modelisation du comportement mecanique de stratifies lisses et troues en composite thermoplastique
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Cazaux, Guillaume. "Faisabilité des procédés LCM pour l'élaboration de composites renfort continu à matrice thermoplastique polyamide." Thesis, Le Havre, 2016. http://www.theses.fr/2016LEHA0010/document.
Full textAbstract:
ALes travaux présentés sont une contribution à l’élaboration de composites à matrices thermoplastiques (TP) par un procédé de type Liquid Composite Molding non réactif pour l’industrie automobile. La thèse a été effectuée dans le cadre du projet ANR TAPAS (ThermoplAstic Process for Automotive composite Structure) et s’est focalisée sur la mise en œuvre de plaques composites en renfort continu injectées avec des matrices polyamides 6,6 (PA 6,6) de hautes fluidités par Resin Transfer Molding. Le premier objectif est porté sur l’optimisation des cadences d’injection à travers l’étude de la perméabilité de préformes unidirectionnelles (UD) en fibres de verre et à hauts modules mécaniques. L’architecture de ces UD a ainsi été modifiée de manière à faciliter les écoulements. La perméabilité des différents tissus a pu être évaluée par un couplage entre des mesures expérimentales et une modélisation analytique basée sur un raisonnement à deux échelles de pores : l’écoulement intra et inter-torons. Le deuxième objectif sur lequel les travaux de thèse se sont concentrés s’est reposé sur la maitrise de l’état d’imprégnation par le bais d’une étude complète sur les phénomènes qui se déroulent à l’interface entre la fibre et la matrice à haute température. Plusieurs viscosités et formulations du PA 6,6 ainsi qu’un traitement appliqué sur le verre ont pu être caractérisés et discutés en termes de mouillabilité et d’adhésion. Enfin, la dernière partie du manuscrit présente les résultats obtenus sur les plaques mises en œuvre par RTM-TP en injection in-plane. Les conditions optimales de fonctionnement ainsi que les aspects de saturation, de santé matière et des propriétés mécaniques sont ensuite présentés et discutésThe present work is a contribution to the thermoplastic composites manufacturing by a non-reactive Liquid Composite Molding process for the automotive industry. The thesis was carried out by the « ANR TAPAS » project (Thermoplastic Process for Automotive Composite Structure) and was focused on the elaboration of continious-fiber reinforced composites plates injected with a high-fluidity polyamide 6,6 (PA 6,6) by the Resin Transfer Molding process. The first goal was focused on increasing injection rates through the study of the in-plane permeability of unidirectional (UD) glass fiber fabrics with high mechanical modulus (HM). Experiments and modelling results showed that the permeability of these UD has been enhanced by modifying specific structural parameters of their architecture. The analytical model developped and used is based on a flow distribution according two differents scales of porosity : in and inter-yarns. The second part of the work was focused on the understanding of phenomenas that take place at the interface created between glass fiber and the matrix during the impregnation step. The wettability and adhesion of molten PA 6,6 dropped on a glass substrate is studied at different processing temperature. The last part introduce the thermoplastic composite plates elaborated by RTM-TP process. The optimum operating conditions as well as preforms saturation and mechanical properties are also studied and discussed
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Colliat, Jean-Baptiste. "Modélisation numérique des matériaux hétérogènes : Applications aux matériaux à matrice cimentaire." Habilitation à diriger des recherches, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00556998.
Full textAbstract:
Ce document constitue la synthèse des travaux de recherches effectués pendant les six années suivant mon doctorat --- de 2004 à 2009 --- et de quelques thématiques ayant pris naissance pendant la première moitié de l'année 2010. Ces travaux ont été principalement effectués au sein du secteur Génie Civil et Environnement du LMT--Cachan et impliquent de nombreux doctorants, stagiaires et partenaires industriels, ainsi que d'autres enseignants--chercheurs du laboratoire. Afin de mettre en avant la démarche générale qui sous-tend ce travail et la cohérence des différents développements menés au cours de ces années, j'ai choisi de les mettre en forme au travers d'un manuscrit original. Celui-ci permet également de présenter au lecteur des notations uniformisées et d'avoir ainsi une vision plus synthétique.