De la caractérisation micromécanique du vieillissement hydrothermique des interphases polyépoxyde - fibre de verre au comportement du composite unidirectionnel : relations entre les échelles micro et macro

par Philippe Zinck

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Jean-François Gérard.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Cette thèse a pour objectifs d'élucider le rôle joué par les interphases dans les mécanismes de dégradation hydrothermique des matériaux composites polyépoxyde / fibres de verre et de dégager des outils de caractérisation des interphases pour parvenir à terme à caractériser l'influence de la nature des différents composants sur le comportement interfacial au vieillissement hydrothermique. La caractérisation mécanique de composites unidirectionnels a permis de proposer un mécanisme de post-condensation des interphases au cours du vieillissement attribué au caractère hybride inorganique - organique de ces zones. Nous nous sommes ensuite intéressés à la mise au point d'une méthodologie d'étude des phénomènes interfaciaux par analyse micromécanique (déchaussement - microgoutte et fragmentation). Cette approche plus fine permet de mettre en évidence l'influence de la nature des composants (chimie de la matrice polyépoxyde, traitement de surface et diamètre des fibres) sur la résistance de l'interphase au vieillissement hydrothermique. Cette utilisation des microcomposites est envisageable dès lors que les tendances dégagées sont représentatives de l'échelle macroscopique. Les relations micro-macro abordées en terme de mécanismes de dégradation, contraintes internes résiduelles et des propriétés physico-chimiques spécifiques des microgouttes de polymère permettent de valider la démarche proposée. Les résultats obtenus suggèrent que le développement de matériaux composites pour utilisation en environnement hydrothermique pourrait s'orienter vers la conception d'interphases basée sur la chimie des matériaux organiques - inorganiques en optimisant les différents composants de l'ensimage.

  • Titre traduit

    = From the micromechanical characterization of the hydrothermal aging of epoxy - Glass fibre - interphases to the behaviour of unidirectionnal composites : micro-macro relationships


  • Résumé

    Durability of fibre reinforced polymer composites has been of great interest all along the last three decates. While the degradation processes of each component have been well characterised, predicting the long term behaviour of such materials still remain difficult dur to the poor knowledge of the long term behaviour of the interfacial zones. By performing mechanical testing on unidirectional epoxy/glass fibres composites before and after hydrothermal treatment, a post-condensation of the interphases is evidenced and explained through the inorganic-organic character of these zones. The influence of the nature of the components (comonomers, fibre surface treatment) on the behaviour of the interfacial zones is further investigated using micromechanical characterisation. The microbond technique is applied to the study of the influence of fiber surface treatment while the single fibre fragmentation test is more suitable to investigate the chemical nature of theepoxy matrix. The latter is performed at temperatures near the glass transition temperature of the matrix in order to enhance its elongation at break. Relating microcomposites behaviour to that of the bulk materials by considering degradation mechanisms at the different scales, residual stresses but also the specific properties of polymeric microdroplets, we show that the main factors governing the interface durability are the weight gain of the matrix at equilibrium, the sizing formulation (in particular the presence of filmformer) and in a lesser extent the diameter of the fibre used as reinforcement. It is finally emphasised that the development of composites materials for use in hostile environment can be envisaged by the design of interphases based on the chemistry of hybrid organic-inorganic materials

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Informations

  • Détails : 1 vol. (220-A56 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 201-220

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2382)
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