Compréhension fine de la formation d'interface dans des tapes thermoplastiques renforcés par des fibres pour des structures composites haute performance
Auteur / Autrice : | Rami Alawar |
Direction : | Monica Francesca Pucci, Patrick Ienny |
Type : | Projet de thèse |
Discipline(s) : | Mécanique, Génie Civil et Architecture |
Date : | Inscription en doctorat le 01/03/2024 |
Etablissement(s) : | IMT Mines Alès |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil |
Mots clés
Résumé
Le principal objectif de DUINTACOS est de comprendre finement la formation d'interface dans des tapes thermoplastiques renforcés par des fibres afin de réduire les porosités et obtenir des structures composites de qualité. Pour avoir une vision globale de ces phénomènes et un impact réel sur les applications, différents « systèmes d'interface » seront considérés : des tapes carbone/polyétheréthercétone, des tapes biodégradables lin/acide polylactique et des tapes développés spécifiquement par l'étude avec des fibres de carbone recyclées et du polymère recyclé (polyéthylène téréphtalate, polypropylène ). DUINTACOS se focalisera d'abord sur les constituants, puis la méthodologie sera étendue pour fabriquer des démonstrateurs. Cette approche permettra de modifier les propriétés physico-chimiques et mécaniques des constituants et donc les propriétés résultantes d'interface. Les propriétés des constituants seront caractérisées, en particulier en termes d'énergie de surface des fibres et de tension de surface du polymère fondu, ainsi que leurs composantes dispersives et polaires en fonction de la température. Les paramètres clés influençant le phénomène d'adhésion à l'interface fibre/matrice seront ainsi identifiés (1er objectif). Le mouillage dynamique des polymères fondus sur les fibres sera également investigué à l'échelle de la fibre unitaire ainsi qu'à l'échelle du tape. Ce phénomène d'imprégnation se fait en température et dépend non seulement des propriétés intrinsèques des constituants. Le mouillage dynamique dépend de l'interaction liquide/solide pendant l'écoulement à l'échelle microscopique de la fibre ainsi que de l'arrangement et de la morphologie des fibres dans la mèche à l'échelle mésoscopique (2ème objectif). Néanmoins, une fois l'imprégnation des fibres par le polymère fondu a eu lieu, la cristallisation du polymère à l'interface fibre/matrice et la microstructure induite seront étudiées afin de déterminer la relation entre mouillage du polymère fondu, adhésion à l'interface, consolidation et éventuelle dégradation du polymère (3ème objectif). Les propriétés mécaniques locales résultantes seront alors caractérisées, en combinant différentes méthodes (4ème objectif). Enfin, l'objectif global sera de complètement surmonter les problèmes de micro-porosité et d'apparition de défauts dans les tapes, en contrôlant la relation entre la formation de l'interface fibre/matrice, la microstructure induite et ses propriétés mécaniques. Les questions abordées dans ce projet ont été déclinées en quatre objectifs de « compréhension approfondie » (DUO) qui seront atteints en réalisant les work-packages (WP) correspondants. Ce projet consiste en une étude expérimentale fondamentale pour permettre une meilleure compréhension des mécanismes prévalant à l'interface fibre/matrice et de la formation de vides qui se produisent lors de l'élaboration de composites à l'échelle du tape thermoplastique renforcé des fibres. Ces mécanismes sont encore mal connus et nécessitent d'être étudiés rigoureusement. L'originalité de DUINTACOS consiste en l'étude de la formation de l'interface mais aussi de sa consolidation, considérant des températures élevées ainsi que le refroidissement aux échelles locales, afin de simuler les conditions du procédé. Cette étude nécessite donc le développement de méthodes expérimentales originales. Une autre originalité du travail est de considérer une large sélection de matériaux et de semi-produits pour avoir une vision globale des mécanismes possibles se produisant à l'interface du composite. L'ambition est de totalement maitriser les mécanismes de formation de vides dans les thermoplastiques renforcés par renforts fibreux, maximisant alors la santé matière et obtenant ainsi des structures composites de qualité, hautes performances mais aussi bio-sourcées et recyclées.