Comportement à l’eau d’un composite à matrice polyester insaturé renforcée par des fibres de lin

Water behaviour of composite materials with unsatured polyester matrix reinforced by flax fibers

• Auteur / Autrice : Fabrice Gouanvé
• Direction : Michel Métayer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique. Polymères fonctionnels, élaboration et propriétés
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Absorption et adsorption

Eau

Essais dynamiques

Perméabilité

Pervaporation

Autoclaves

Plasmas froids

Fibres végétales

Lin

Thermodurcissables

Composites

Résumé

Les résines polyester sont des polymères denses habituellement utilisés comme matrice dans de nombreuses applications industrielles. Elles ont pour avantage leurs excellentes propriétés mécaniques et chimiques, leur bonne résistance au vieillissement et d’un point de vue économique, un faible prix de revient. En outre, on peut les renforcer par des fibres et obtenir ainsi un matériau composite dont les propriétés mécaniques dépendent étroitement de la nature, la taille, la dispersion des fibres. Le plus souvent, on utilise des fibres synthétiques telles que les fibres de verre ou de carbone. Cependant depuis quelques années, on tend à leur substituer des fibres végétales. Nous avons étudié dans ce mémoire le comportement perméamétrique et mécanique d'un matériau composite constitué d’une matrice polyester insaturé renforcé par des fibres de lin. Celles-ci ont été retenues pour leur faible coût, leur densité réduite et surtout leurs bonnes propriétés mécaniques. Par contre leur forte sensibilité à l’eau peut conduire un vieillissement hydrolytique prématuré. L’application de fibres naturelles comme renfort dans les matériaux composites implique une faible sensibilité à l’humidité ainsi qu’une forte adhésion entre les fibres et la matrice synthétique. Différents traitements peuvent être réalisés afin d’optimiser l’interface. Dans notre étude, deux traitements ont été réalisés sur les non-tissés de fibres dans le but d’une part, d’augmenter leur résistance à l’eau, par le biais d’un traitement autoclave à la vapeur d’eau et d’autre part d’améliorer leur adhésion avec la matrice à l’aide d’un traitement par plasma froid. L’efficacité des traitements a été mise en évidence par des mesures de perméation à l’eau et des tests de traction. Les résultats de perméation montrent que l’introduction du renfort conduit à une augmentation du coefficient de perméabilité ainsi que la diffusivité comparativement à la résine seule. Le traitement plasma conduit à une baisse de la perméabilité du composite qui s’explique par une baisse de la diffusivité. La résistance à l’eau des fibres a augmenté après traitement autoclave. Les tests mécaniques ont montré une augmentation du module d’élasticité, E, après introduction des fibres. De même les composites renforcés par des fibres traitées plasma ont un module d’élasticité supérieur aux à ceux renforcés par des fibres de lin natives. Des images de microscopie électroniques à balayage confirment l’amélioration de l’adhésion après traitement plasma.

Natural fibers have been used as structural materials since prehistoric times. Environmental concerns such as global warming, energy consumption, and the desire to obtain products from renewable sources has led to a resurgence of interest in plant-derived products. Plant fibers are very attractive for composite materials because the fibers have some interesting characteristics. For example, they are cost-effective, renewable, and available in high quantity, have low fossil-fuel energy requirements and can offer good mechanical properties. Natural fibers as flax have attracted attention because of their low cost compared with synthetics fibers such as glass, carbon. The application of flax fibers as reinforcements in composite materials requires a strong adhesion between the fiber and the synthetic matrix. The properties of the fiber-matrix interface are of great importance for the macroscopic mechanical properties. Physical and chemical treatments can be used to optimize this interface. In this study, an autoclave treatment and a cold plasma treatment have been carried out on the reinforcing fibers in order to increase moisture resistance and improve adhesion with the matrix respectively. The analysis of the permeation and mechanical results has shown that plasma treatment improves fiber/matrix adhesion while autoclave treatment reduces water solubility in the fibers. For reinforced composites, therefore, autoclave treatment is more efficient in terms of water permeability and plasma treatment gives better stiffness in terms of mechanical properties. This phenomenon was highlighted by SEM micrographs.