Étude du renforcement de mousses syntactiques à matrice polyuréthane

Study of the reinforcement of polyurethane syntactic foams

• Auteur / Autrice : Baptiste Paget
• Direction : Philippe Cassagnau, Matthieu Zinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 16/10/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : René Fulchiron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Cassagnau, Matthieu Zinet, Frédérique Le Lay
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Aubry, Emmanuelle Abisset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Effets des hautes pressions

Polyuréthanes

Mousses (matériaux)

Mots clés libres

Mousse syntactique

Polyuréthane

Microsphère à paroi souple

Comportement sous pression

Modélisation

Syntactic foams

Polyurethane

Soft shell microspheres

Behavior under pressure

Modelization

Résumé

Les mousses syntactiques créées par l’association d’une matrice élastomère et de microsphères à paroi souple possèdent des propriétés acoustiques amortissantes intéressantes. Elles ouvrent de nouvelles perspectives dans la fabrication de sous-marins furtifs ou de navires, mais le principal frein à l’industrialisation de ces mousses est leur compressibilité : à haute profondeur, les mousses écrasées perdent leurs propriétés amortissantes. Nous nous intéressons donc à l’étude du renforcement de mousses syntactiques à matrice polyuréthanes. La littérature scientifique étant peu abondante sur ce sujet, une mousse syntactique modèle a été synthétisée en laboratoire pour permettre une meilleure caractérisation de ce matériau et de ses composants. En particulier, un moyen innovant de compression hydrostatique a été mis au point pour caractériser le comportement sous pression des microsphères et de la mousse. Les paramètres matériaux recueillis ont permis d’utiliser un modèle de la littérature qui a simulé l’influence de divers paramètres sur la compression de mousses syntactiques. Ce modèle a également pu prévoir les caractéristiques des composants d’une mousse dont la compressibilité répondrait à un cahier des charges préétabli. Ces différentes analyses ont démontré que le principal paramètre régissant la compression de mousses syntactiques est le module d’Young de la matrice. De plus, un renforcement en compression n’est obtenu qu’avec un renforcement chimique de la matrice ; la présence de charges (fibres, nanotubes de carbone) n’apporte pas de changements significatifs

Syntactic foams synthesized from an elastomeric matrix and soft-shell microspheres have shown interesting acoustical properties. They open new perspectives for the manufacturing of stealthy submarines or ships, but the industrialization of such material is held back by their great compressibility: hydrostatic pressure tends to crush the microspheres, which leads to a loss of the damping properties. We are therefore interested in studying the reinforcement of syntactic foams with polyurethane matrix. Scientific literature being scarce on this subject, a reference syntactic foam has been synthesized in the laboratory to allow a better characterization of this material and its components. In particular, an innovative test of hydrostatic compression has been developed to characterize the behavior under pressure of the microspheres and foam. A model of the literature simulating the compression of syntactic foams has been used thanks to the material parameters collected; it allowed us to test the influence of various parameters on this compression. This model could also predict the characteristics of the components of a foam whose compressibility would meet a set of specifications. These different analyses have shown that the main parameter governing the compression of syntactic foams is the Young's modulus of the matrix. In addition, a compression reinforcement can only be obtained using a chemical reinforcement of the matrix; the presence of fillers (fibers, MWCNTs) does not bring significant changes