Architecture et propriétés mécaniques d'une nouvelle génération de composites : les comêlés poly(butylène téréphtalate)/fibres de verre unidirectionnelles

par Jérôme Vendramini

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Nicole Alberola.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    L'étude présentée concerne la caractérisation microstructurale et mécanique des comêlés Twintex PBT/fibres de verre unidirectionnelles. Les propriétés mécaniques des matériaux composites sont gouvernées par les caractéristiques de chacun des constituants mais également par l'architecture de ces matériaux. Dans un premier temps, notre intérêt s'est porté sur l'étude de l'influence du procédé de filage, permettant la fabrication des filaments de PBT, sur la microstructure de la matrice. Cette étude a montré que, contrairement aux granulés de PBT, les filaments présentent deux phases cristallines, alpha et beta. Dans le cas des composites, le pressage à chaud sous pression, nécessaire à la consolidation de plaques, entraîne une fusion de là phase beta suivie d'une recristallisation en forme alpha lors du refroidissement. De plus, une analyse des cinétiques de cristallisation des systèmes polymère et composite a montré le rôle joué par les fibres de verre sur le comportement à la cristallisation du PBT. L'étude de la morphologie des composites a permis de mettre en évidence, d'une part la présence d'une phase transcristalline à proximité des fibres de verre, et d'autre part la présence d'une répartition hétérogène des fibres au sein du polymère. Une approche micromécanique originale, la modélisation en mode inverse, a été développée afin d'extraire le comportement viscoélastique de la phase transcristalline, considérée en première approximation comme isotrope transverse. Nous avons ainsi pu montrer que la phase transcristalline présente un module de cisaillement longitudinal supérieur au module de Coulomb du PB T non modifié par les fibres de verre. Enfin, l'étude des propriétés mécaniques aux grandes déformations en torsion a révélé les rôles joués par la teneur en renfort et par l'agent d'ensimage sur les mécanismes d'endommagement.

  • Titre traduit

    = Morphology and Mechanical Properties of a New Generation of Composites : The Commingled Poly(butylene terephthalate) / Unidirectional Glass Fibres


  • Résumé

    The goal of this study is to investigate the microstructure and the mechanical properties of commingled PBT/unidirectional glass fibers. It is well known that the mechanical properties of filled polymers are governed by the characteristics of each phase and the morphology of these materials. Firstly, the influence of the spinning process, used to manufacture PBT filaments, on the microstructure of PBT have been studied. We have found that, in contrast to the PBT granules, the filaments can contain both the alpha and beta crystalline phases. In the case of the filled materials, the compression moulding at high temperature under pressure, required to obtain composite sheets, leads to the melting of the beta phase followed by the crystallization in the alpha form. Furthermore, the rule played by glass fibers in the crystallization kinetics of PBT is shown. From a morphological approach, we have shown (i) that fibers are packed into clusters and (ii) the presence of a transcrystalline region in the vicinity of the fibers. An original micromechanical approach, i. E. The modelling in a reverse mode, is developed in order to extract the viscoelastic behaviour of the transcrystalline region, which is assumed to exhibit transversally isotropic properties. It is shown that the axial shear modulus of the transcrystalline region is higher than that exhibited by the unfilled polymer over the analysed temperature range. Finally, the study of the mechanical properties of composite materials has revealed the rules played by both the volume fraction of fibers and the sizing agent in the damaging mechanisms.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (208 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2349)
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