Etude thermodynamique et mécanique de l'interface et de l'interphase fibre de carbone-poly(ether ether cétone) (PEEK) dans les matériaux composites à hautes performances

Thermodynamical and mechanical studies of carbon fibre-poly(ether ether keton) (PEEK) interface and interphase in high performance composite materials

• Auteur / Autrice : El Mostafa Asloun
• Direction : Jacques Schultz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions de fragmentation

Adhésion (physique)

Composites à fibres de carbone

Résumé

L'objet principal de cette étude est la caractérisation mécanique et thermodynamique des interfaces fibre de carbone-poly(ether ether cétone) (PEEK). L'influence de nombreux facteurs tels que la nature et les propriétés de surface de la fibre et de la matrice, les conditions thermiques de mise en oeuvre, l'existence d'interphases aux propriétés particulières. . . , sur la qualité des interfaces est analysée par deux approches fondamentales différentes. En premier lieu, une analyse micromécanique est effectuée par un test de fragmentation sur composites modèles à monofilament, permettant de déterminer la résistance au cisaillement de l'interface fibre-matrice. Il est montré en particulier que les conditions thermiques d'élaboration du composite, pouvant favoriser notamment la croissance d'une interphase transcristalline le long de la surface des fibres, affectent considérablement l'amplitude du transfert de charge de la matrice à la fibre. La résistance au cisaillement de l'interface fibre-matrice décroît en présence d'une telle interphase. En second lieu, une analyse thermodynamique de l'interface fibre-matrice est effectuée à l'aide d'une technique de chromatographie gaz-solide inverse. La composante dispersive de l'énergie de surface et le caractère acide base des matériaux en présence, fibre et matrice, sont notamment déterminés. Une estimation de l'énergie réversible d'adhésion à l'interface fibre-matrice est alors proposée. Une comparaison des résultats obtenus par les deux approches, micromécanique et thermodynamique, permet alors d'établir une relation directe entre la résistance au cisaillement et l'énergie réversible d'adhésion à l'interface, ainsi que d'estimer le module d'élasticité des interphases transcristallines. Enfin, une dépendance des performances finales de matériaux composites unidirectionnels, fibre de carbone-PEEK en fonction de l'adhésion fibre-matrice est mise en évidence