Amélioration des propriétés mécaniques transverses de matériaux composites polymérisés sous rayonnement ionisant : étude des facteurs influents

Improvement of the transverse mechanical properties of electron-beam cured composite materials

• Auteur / Autrice : Philippe Ponsaud
• Direction : Xavier Coqueret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique et macromoléculaire
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux électroniques

Acrylates

Polymérisation

Ionisation

Filtres radioélectriques

Dilatation et retrait

Composites polymères

Mots clés libres

Interface fibre-matrice

Ensimage

Résumé

La polymérisation sous rayonnement ionisant (électrons, rayons X) est une technologie prometteuse pour la fabrication de matériaux composites. Cependant, ces matériaux présentent des propriétés mécaniques transverses insuffisantes pour des applications hautes performances, propriétés que ce travail vise à améliorer. Les matériaux considérés sont des matrices acrylates, et des fibres de carbones. Le mouillage des fibres par la matrice, le retrait volumique de la matrice lors de la polymérisation et la chimie à l’interface fibre / matrice sont les principaux phénomènes qui contrôlent l’adhésion fibre/matrice. L'influence de ces trois aspects a été étudiée et des solutions ont été proposées, à l'échelle du laboratoire puis au niveau du matériau composite. Une amélioration significative a été obtenue par une voie consistant à optimiser les liaisons chimiques entre la fibre et la matrice. Par ailleurs, une étude de la morphologie de réseaux diacrylates polymérisés sous UV et sous faisceau d'électrons a été réalisée.

Electron-beam curing is a promising technology for manufacturing fiber-reinforced composite materials. These materials generally present insufficient transverse mechanical properties for high performances applications. This work was aimed at improving the properties of carbon fiber-reinforced composites based on epoxy acrylate matrices. Various aspects as fibers wetting, matrix shrinkage on curing, and chemistry occurring at the fiber-matrix interface were studied separately in some details. Solutions were proposed and evaluated at the lab scale and implemented on the composite materials. Significant improvements were obtained by inducing covalent bonding between fibers and matrix. In addition, a study of the morphology of UV- and EB-cured diacrylate networks was carried out to address the issue of matrix heterogeneity.