Contribution à l'étude de matériaux composites à matrice organique renforcés par des fibres de lin : influence des traitements chimiques sur la liaison interfaciale fibre-matrice

Contribution to the study of composites materials with an organic matrix reinforced by flax fibres : influence of chemical treatments on the fibre-matrix bonding

• Auteur / Autrice : Frédéric Busnel
• Direction : Christophe Baley, Yves Grohens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lorient

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adhésion (physique)

Résistance des matériaux

Chimie des surfaces

Lin

Composites polymères

Mots clés libres

Traitements chimiques

Résumé

L'usage des fibres végétales, ressources renouvelables, présente de nombreux intérêts pour renforcer les polymères. Les performances de ces matériaux composites dépendent de la qualité de la liaison fibre/matrice. Cette étude présente des travaux réalisés sur des fibres de lin et des composites lin/résine polyester thermodurcissable. Pour un usage optimum, les fibres sont traitées pour les individualiser, nettoyer leur surface et améliorer la compatibilité avec le polymère (mouillage adhérence). Trois protocoles de traitements chimiques (acide formique, NaOH, NaOH+anhydride acétique) ont été retenus. L'influence de ces traitements chimiques est étudiée sur : les propriétés de surface des fibres (mouillage, microscopie IR, AFM) l'adhérence fibre/matrice (déchaussement d'une microgoutte) les propriétés mécaniques des plis renforcés par des mats ou par des fibres unidirectionnelles sollicitées en traction pour différentes orientations de fibres. Les résultats montrent que les traitements chimiques conduisent à une augmentation de la résistance au cisaillement interfaciale entre la fibre et la matrice pour le traitement à l'acide formique et celui à l'anhydride acétique. Les propriétés macroscopiques évoluent avec la même tendance. L'analyse des propriétés de surface des fibres montre que la composition chimique, la rugosité et la tension de surface sont aussi fortement influencées.

Natrual cellulosic fibers, renewable resources, prouve to be very interesting to reinforce polymers. The performances of these composite materials depend on the quality of the fibre/matrix bonding. This research present the carried out on flax fibres and on flax fibre/polyester resin composites. For an optimum use, flax fibre are treated to separate the fibre bundles, clean their surface and improve the compatibility with polymer matrix (wetting, adhesion). The chemical treatments (formic acid, NaOH, NaOH+acetic anhydride) are used. The influence of these treatments is studied as following :surface properties of fibres (wetting, IGC, infrared microscopy, AFM)fibre/matrix adhesion (debonding of a microdrop)mechanical properties of laminates reinforced by unidirectional fibres under tensile loading for different fibre orientationResults show that chemical treatments (formic acid, NaOH, NaOH+acetic anhydride) lead to an increase of the interfacial shear strength between the fibre and the matrix. Macroscopic properties of laminates vary in a similar way. The analysis of the surface properties show that the chemical treatments strongly influence the chemical composition, roughness, and surface tension of the fibres.