Mechanical performances of PEKK thermoplastic composites linked to their processing parameters

Performances mécaniques de composites thermoplastiques PEKK en relation avec leurs paramètres de mise en œuvre

• Auteur / Autrice : Tanguy Choupin
• Direction : Bruno Fayolle, Gilles Régnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux
• Date : Soutenance le 07/12/2017
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux [Paris]
• Jury : Président / Présidente : Philippe Olivier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Fayolle, Gilles Régnier, Ewa Piorkowska, Jacques Cinquin, Christophe Paris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Boyard, René Fulchiron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermoplastiques

Composites

Mots clés libres

Composites

Thermoplastiques

Cristallinité

Paek

Mécanique

Modélisation

Composite

Thermoplastics

Crystallinity

Paek

Mechanics

Modeling

Résumé

Les thermoplastiques hautes performances poly(éther-cétone-cétone) (PEKK) sont actuellement étudiés avec un grand intérêt dans l’industrie aéronautique comme matrice pour la fabrication de pièces de structure composites renforcées par des fibres de carbone. En effet, les composites thermoplastiques PEKK ont l’avantage d’être consolidables hors autoclave et ont des températures de mise en œuvre plus faibles que les composites PEEK.L’objectif de cette étude est de comprendre et prédire l’évolution des propriétés mécaniques des composites PEKK suivant le cycle thermique de mise en œuvre pour déterminer les paramètres de mise en œuvre optimaux pour la fabrication des pièces composites PEKK concernant les temps de mise en œuvre et les performances mécaniques finales.Une première partie traite de la modélisation des cinétiques de cristallisation des matrices PEKK ainsi que l’influence de la cristallinité et des morphologies cristallines sur les propriétés mécaniques des matrices PEKK. Une deuxième partie se concentre sur les modifications macromoléculaires des matrices PEKK pour des hautes températures de mise en œuvre sous air et sous azote et leurs impacts sur la cristallisation et les performances mécaniques des matrices PEKK. Enfin une dernière partie présente l’influence des fibres de carbones sur les morphologies cristallines et les cinétiques de cristallisation, la fabrication de composites PEKK unidirectionnels et tissés à ± 45° sous presse et sous autoclave et enfin l’impact de la cristallinité et des morphologies cristallines sur les performances mécaniques finales des composites PEKK.

Poly(ether-ketone-ketone) (PEKK) high performance thermoplastics are currently studied with a great interest by the aeronautic industry as matrix for carbon fiber reinforced structural parts. In fact, PEKK composites can be consolidated out of autoclave and they have lower processing temperatures than PEEK composites.The aim of the study was to investigate and predict the evolution of PEKK composite mechanical properties depending on the processing thermal cycle to determine the best processing parameters for PEKK composite part manufacturing regarding processing times and final mechanical performances.A first part investigates the crystallization kinetics modelling of PEKK matrices and the influence of crystallinity and crystalline morphologies on PEKK matrix mechanical properties. A second part focuses on the macromolecular modifications of PEKK matrices at high processing temperatures under air and nitrogen and their impact on PEKK matrices crystallization and mechanical properties. A last part presents the influence of carbon fibers on crystalline morphologies and crystallization kinetics, the manufacturing of unidirectional and ± 45° PEKK composites under press and autoclave and finally the impact of crystallinity and crystalline morphologies on PEKK composite mechanical properties.