Recherche Avancée

Thèse soutenue

Élaboration et caractérisation de matériaux composites à matrice thermodurcissable et à inclusions de noir de carbone en vue de l'étude de leurs propriétés absorbantes aux ondes hyperfréquences

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Auteur / Autrice : Corinne Marchand
Direction : Fernand Pla
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy)

Résumé

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Ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation de matériaux composites absorbants hyperfréquences. Ces matériaux sont constitués d'une matrice polymère thermodurcissable contenant une dispersion de particules de noir de carbone. L’absorption électromagnétique étant liée à la fraction volumique de charges conductrices, à leur taille et à leur répartition spatiale, les conditions de mise en oeuvre sont essentielles pour contrôler les propriétés diélectriques des matériaux. Tout d'abord, la cinétique de polymérisation du système époxy / amine fait l'objet d'une étude approfondie. Une nouvelle méthode pour déduire la température de transition vitreuse du taux de conversion est développée. La détermination de la cinétique et la modélisation de la limitation diffusionnelle permettent alors d'établir le diagramme TTT isotherme du système TGDDM / 3dcm, et une analyse énergétique montre l'importance de la géométrie de l'objet pour la maitrise du procédé. Enfin, une étude de la structure 3D du polymère confirme le choix du modèle cinétique. Ensuite, la modélisation diélectrique de 0 à 18 GHz est abordée. Les modèles de relaxation de Debye et de Cole et Cole décrivent les variations d'impédance et de permittivité avec la fréquence. Une relation de proportionnalité entre l'impédance statique et le temps de relaxation est trouvée expérimentalement, et justifiée par l'étude d'un circuit électrique équivalent. L’évolution en fonction du taux de charge de la permittivité globale des matériaux est décrite par le modèle de milieu effectif généralisé, et les seuils de percolation ainsi que les permittivités diélectriques des inclusions sont estimées. Finalement, l'influence des paramètres du procédé sur les propriétés diélectriques est abordée. À cette fin, des matériaux contenant deux échelles d'hétérogénéité ont été réalisés et testés. Les résultats obtenus montrent que l'hétérogénéité des matériaux est propice à l'augmentation du caractère absorbant des composites.