‬Contribution à l’étude expérimentale du phénomène d’ondulation d’une fibre de carbone noyée dans une résine thermodurcissable tout au long de la cuisson

Contribution to the experimental study of the undulation phenomenon of a single carbon fibre embedded in a thermosetting resin throughout the cure

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Smaali
• Direction : Jean-Claude Grandidier, Christian Jochum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoélasticité

Résumé

La cuisson d’une résine thermodurcissable est un point délicat de la réalisation d’un composite stratifié. Elle résulte d’une réaction chimique de thermodurcissement de la résine et possède un changement de phase liquide-solide. L’exothermie de la réaction et son aspect thermoactivable sont délicats à maîtriser pour les composites épais car la cuisson induit souvent des ondulations sur les fibres. Cette étude présente une recherche de données caractéristiques de la cuisson d’une matrice épaisse en examinant ses conséquences sur une fibre de carbone servant d’indicateur. Ce travail se destine à établir une base d’informations expérimentales pour renseigner un travail de modélisation de la cuisson effectué en parallèle. Dans le premier chapitre une étude paramétrique de la cuisson est conduite au moyen d’observations vidéos en direct et de mesures locales de température. Les ondulations vues sur la fibre sont décrites en relation avec la cuisson et identifiées dans leur position spatiale. Le deuxième chapitre présente un dispositif de mesure de la contraction chimique liée au changement de phase et adapté aux matrices épaisses. La déformation chimique est établie pour différentes cinétiques de cuisson mettant en évidence l’importance de la phase caoutchoutique sur la contraction maximale. La corrélation avec l’observation vidéo est établie dans le troisième chapitre via la cinétique chimique correspondante. L’ondulation de la fibre est identifiée en zone caoutchoutique peu avant la vitrification. La matrice en formation est analysée durant sa cuisson dans le quatrième chapitre. Sa nature viscoélastique dans la zone de l’instabilité est identifiée et une analyse phénoménologique du comportement est établie par une approche paramétrique de la cuisson (analyses DMA-TMA). Le point fort de ce travail réside dans le cinquième chapitre en proposant, à partir des informations expérimentales recueillies, un scénario du mécanisme de microflambage responsable des ondulations.

The cure of a thermosetting resin is a delicate point of the process of a laminate composite. It results from a chemical thermohardening reaction and has a phase change. The exothermal of the reaction and its thermo-activated aspect are delicate to control for thick composites since cure often induces undulations onto the fibres. This study presents a data research characteristic of the cure of a thick matrix by examining its consequences on a carbon fibre used as indicator. This work is intended to establish a base of experimental informations requested for a modelling approach of the cure done simultaneously in another work. In the first chapter, a parametric study of the cure is done by the use of real time video records and local temperature measures. Undulations seen on fibres are described in relation to the cure and are identified in their spatial position. The second chapter presents a device for the chemical shrinkage measurement due to the phase change and adapted to thick matrices. Chemical strain is established for various cure kinetics and highlights the importance of the rubbery state onto the maximum shrinkage. Correlations with the videos are established in the third chapter via the corresponding cure kinetics. Fibre undulation is identified in rubbery matrix state, little before vitrification. Mechanical behaviour of the matrix in formation is analysed in the fourth chapter. Its viscoelastic aspect in the area of instability is identified and a phenomenological analysis of the behaviour is established by a parametric approach of the cure (DMA-TMA analyses). The strong point of this work is in the fifth chapter that explains, based on experimental data collected by this study, a scenario of the microbuckling mechanism responsible for fibre undulations.