Étude du comportement des matériaux composites carbone-époxy en environnement hygrothermique

Study of the carbon-epoxy composite materials behaviour in hygrothermal environment

• Auteur / Autrice : Sébastien Didierjean
• Direction : Jean-Jacques Barrau, Laurent Michel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbone -- Composés

Époxydes

Mots clés libres

Durabilité

Humidité

Eau

Propagation

Modules Elastiques

Environnements cyclés

Résumé

Les structures aéronautiques carbone/époxy sont soumises à des environnements extérieurs alliant température et humidité dont la conséquence première est l'absorption par la résine époxy de molécules d'eau. Dans un premier temps, un modèle de propagation des molécules d'eau a été mis en place. Son intérêt se situe dans la prise en compte de la réaction chimique d'hydrolyse des groupements époxydes non-réticulés au sein de la résine qui vient se coupler au mécanisme de diffusion de Fick. Une seconde partie traite des effets de la présence locale des molécules d'eau sur les modules d'élasticité d'un pli élémentaire composite. Le niveau de concentration en eau donne le degré de plastification de la résine époxy par l'intermédiaire de la baisse de sa température de simple ramolissement. L'utilisation d'un modèle micro-mécanique permet alors d'obtenir les évolutions des modules d'élasticité d'un pli composite. Le troisième volet de ces travaux concerne l'étude des effets des environnements hygrothermiques cyclés et montre le caractère spécifique de ce type de sollicitations par rapport à un chargement monotone, notamment en terme d'endommagement du composite.

The carbon/epoxy aeronautical structures are subjected to outside environments combining both temperature and humidity therefore these materials are subject to water molecules sorption by the epoxy resin. First, a model of the water propagation was implemented. It takes account of the effect of the hydrolysis taking place between the water molecules and the epoxide groups that have not been cured. This mechanism is coupled with a Fickean diffusion. The second part deals with the effects of the local water molecules presence on the elastic modulus of an elementary composite ply. The local level of water concentration is responsible for the plasticization of the polymer matrix represented by the decrease of its Simple Softening Temperature. The use of a Micro-Mechanical model of homogenization allowed to directly assess the evolutions of the elastic properties of an elementary ply. The third part is about the study of the cyclic hygrothermal environments and shows how the effects of that type of loads are different compared to their equivalent monotonous solicitations. Special attention is given to the effect on damage behaviour of the material.