Impact des stratégies de compatibilisation sur les propriétés de composites polyéthylène – fibres courtes de lin

Impact of compatibilisation strategies on polyethylene - short flax fibres composite properties

• Auteur / Autrice : Clément Paul
• Direction : Loïc Le Pluart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale et industrielle
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et thio-organique (Caen ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Marais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Le Pluart, Stéphane Marais, Françoise Berzin, Pascal Médéric, Michel Grisel, Éric Dargent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Berzin, Pascal Médéric

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recyclage

Matériaux

Matériaux -- Détérioration

Interfaces (sciences physiques)

Polyéthylène

Lin

Composites

Éco-matériaux

Résumé

Le but de cette thèse est d’étudier l’impact de stratégies de compatibilisation sur les propriétés de composites renforcés par des fibres courtes de lin. En effet, sans traitement préalable de la fibre ou modification chimique de la matrice, le potentiel de renforcement du lin n’est pas exploité. Développer une meilleure adhésion, en jouant sur les interactions afin de créer des liaisons chimiques entre fibres et matrice, permettra ainsi d’améliorer les propriétés mécaniques des matériaux composites. Différentes stratégies ont été envisagées. D’une part, l’efficacité de plusieurs traitements des fibres (blanchiment, mercerisation, silanes) a été comparée. Les modifications chimiques et morphologiques apportées aux fibres ont été caractérisées ainsi que l’effet de leur introduction au sein de matériaux composites. D’autre part, l’incorporation à la matrice de polyéthylène greffé anhydride maléique (PE-g-AM) a permis une amélioration franche de l’adhésion par le biais de la réalisation de liens covalents entre fibre et matrice. Une attention particulière a alors été consacrée à l’optimisation du traitement de mercerisation menant aux améliorations de la résistance mécanique des composites les plus élevées. Enfin, le couplage d’une mercerisation optimisée et de l’utilisation de PE-g-AM a permis d’obtenir des composites avec des contraintes au seuil de plastification supérieures à celles de composites traités avec ces techniques prises séparément ou renforcés par une même masse de fibres de verre ayant des facteurs de forme similaires. La durabilité de ces interfaces au cours d’essais de vieillissement accéléré et de recyclage de ces composites a également été mise en évidence.

The goal of this thesis is to study the impact of compatilisation strategies on properties of composites reinforced by short flax fibres. Indeed, without any prior fibre treatment or matrix chemical modification, the reinforcement potential of flax is not achieved. Develop a better adhesion, modifying polarity in order to create chemical bonds between fibre and matrix, will thus allow to improve the mechanical properties of composites materials. Different strategies have been considered. On one hand, efficiency of several fibre treatments (bleaching, mercerisation, silanes) was compared. The chemical and morphological modifications brought to the fibres have been characterised so as the effect of their introduction within the composites materials. On the other hand, the incorporation of maleic anhydride grafted polyethylene (MA-g-PE) has enabled a clear improvement of the adhesion by the realisation of covalent bonds between fibre and matrix. A specific point has been brought to the optimisation of mercerisation treatment, which results in the highest mechanical resistance improvement of composites. Finally, the coupling of an optimised mercerisation and the use of MA-g-PE has allowed to obtain composites with tensile strength at yield above ones of composites treated with the two techniques taken separately or those of composites reinforced with the same mass of glass fibres owing a similar aspect ratio. The durability of those interfaces over accelerated ageing and recycling of those composites was also highlighted.