Bio-based composite materials for sustainable construction
Matériaux composites biosourcés pour la construction durable
Résumé
Petrosourced epoxy/amine resins are widely used as matrices for composite materials by dint of their dimensional and mechanical properties. However, the use of Bisphenol A and the problems related to their recycling have led us to propose new resins, totally derived from biomass, reinforced with recycled carbon fibers. In this context, we compared matrices based on epoxidized resorcinol RE and several hardeners: aliphatic (HMDA), cyclic based on limonene (LIM) and aromatic based on eugenol (AE). Thiol-ene reactions introduced amine functions on the LIM and AE building blocks. The mechanical (three-point bending, tensile strength) and thermo-mechanical (DSC, DMA, TGA, PCFC) characteristics of these matrices were compared to those based on DGEBA. The bio-based resins showed better flexural behavior and fire resistance as well as remarkable toughness properties. These resins were then reinforced with recycled carbon fibers using the VARI process. The RE/DA-LIM and RE/DA-AE composites have showed the best tensile, compressive and flexural properties. Finally, a multi-scale study combining DMA with 1H TD-DQ solid NMR showed the close link between the chemical structure of epoxies and amines on the structural morphology and the thermo-mechanical properties of the resins.
Les résines époxy/amine pétrosourcées sont très employées en tant que matrices de matériaux composites en raison de leurs propriétés dimensionnelles et mécaniques. Cependant, l’utilisation du Bisphénol A et les problèmes liés à leur recyclage nous ont amené à proposer de nouvelles résines totalement issus de la biomasse renforcées par des fibres de carbone recyclées. Dans ce contexte, nous avons comparé les matrices à base de résorcinol époxydé RE et de plusieurs durcisseurs : aliphatique (HMDA), cyclique à base de limonène (LIM) et aromatique basé sur l’eugénol (AE). Des réactions de thiol-ène ont permis d’introduire des fonctions amines sur les synthons LIM et AE. Les caractéristiques mécaniques (flexion trois-points, résistance à la rupture) et thermo-mécaniques (DSC, DMA, ATG, PCFC) de ces matrices ont été comparées à celle du DGEBA. Les résines biosourcées ont montré un meilleur comportement en flexion et de résistance au feu ainsi que des propriétés de ténacité remarquables. Ces résines ont ensuite été renforcées avec de fibres de carbone recyclées par le procédé VARI. Les composites RE/DA-LIM et RE/DA-AE ont montré les meilleures propriétés de traction, compression et flexion. Enfin, une étude multi-échelle combinant la DMA à la RMN solide 1H TD-DQ a montré le lien étroit entre la structure chimique des époxy et amines sur la morphologie structurale et les propriétés thermo-mécaniques des résines.
Origine : Version validée par le jury (STAR)