Thèse soutenue

Etude de la cristallisation et de la trans-cristallisation lors de la mise en œuvre du polypropylène renforcé par fibres de verre
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Auteur / Autrice : Samia Nouira
Direction : Abbas TcharkhtchiJoseph FitoussiTarek Hassine
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des matériaux
Date : Soutenance le 16/12/2022
Etablissement(s) : Paris, HESAM en cotutelle avec Université de Sousse (Tunisie)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
Jury : Président / Présidente : Sami Chatti
Examinateurs / Examinatrices : Abbas Tcharkhtchi, Joseph Fitoussi, Tarek Hassine, Marie-France Lacrampe, Hanen Jrad, Fehmi Gamaoun, Mohammadali Shirinbayan
Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-France Lacrampe, Hanen Jrad

Résumé

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La présente thèse a pour objectif d’étudier l’influence des paramètres de mise en œuvre particulièrement la vitesse de refroidissement sur la morphologie et les propriétés mécaniques du polypropylène pur et chargé de fibres de verre. Une étude de l’endommagement en fonction de la morphologie semi-cristalline du polymère et de l’interface/interphase fibre-matrice a été menée. Lors de la phase de cristallisation non-isotherme à différentes vitesses de refroidissement, une variation des tailles et de la morphologie des entités cristallines a été observée au niveau du polymère pur et au niveau de la phase transcristalline à l’interphase fibre-matrice. Un suivi de l’évolution des microstructures en fonction du temps a été réalisé. Ceci a permis de développer un modèle décrivant la cinétique de cristallisation. Des films minces de polypropylène chargés et non chargés ayant des microstructures contrôlées ont été réalisés puis sollicités mécaniquement de différentes façons et les phénomènes de déformation et d’endommagement analysés in situ à l’aide d’une machine de micro-traction développée au sein du laboratoire. La dépendance des mécanismes d’endommagement vis-à-vis des diamètres de sphérulites et des conditions d’essais mécaniques a été établie. Les mécanismes de déformation et d’endommagement intra et inter sphérolitique ont été analysés qualitativement et quantitativement en fonction des morphologies contrôlées produites pour le polymère et pour le composite notamment au niveau de la phase transcristalline. Les résultats obtenus ont clairement montré une augmentation de l’adhésion interfaciale avec la diminution de la vitesse de refroidissement et l’augmentation de l’épaisseur de la taille de la phase transcristalline. Par ailleurs, on a montré que le développement de la phase transcristalline du à la présence d’une fibre produisait une augmentation du temps de nucléation et une diminution de la cinétique de cristallisation qui ont pour conséquence une diminution de la taille moyenne des sphérolites et par conséquent une augmentation du module mais une facilitation de l’endommagement matriciel. L’ensemble de ces résultats suggère des voies d’amélioration des propriétés mécaniques des composites à matrice thermoplastique semi-cristalline à travers la maîtrise des paramètres du procédé d’élaboration influant sur les morphologies cristalline et transcristalline qui conditionnent la déformation et l’endommagement local des différentes phases.