Contribution à l'étude des interphases et de leur comportement au vieillissement hygrothermique dans les systèmes à matrice thermodurcissable renforcés de fibres de verre

par Marie-Barbara Heman

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de Jean-François Chailan et de Lénaïk Belec.

Soutenue en 2008

à Toulon , en partenariat avec Laboratoire de Matériaux à Finalités spécifiques (La Garde, Var) (laboratoire) .


  • Résumé

    Les matériaux composites à matrices thermodurcissables et renforcés de fibres de verre ont des caractéristiques thermomécaniques élevées à l'état initial. Le développement de ces structures composites est étroitement liée à une meilleure connaissance de leur comportement en service face au vieillissement hygrothermique en particulier. La sensibilité des interfaces à l'humidité est retenue comme étant une cause majeure de la chute des propriétés mécaniques. La démarche de ce travail de thèse consiste à mener des investigations sur des matériaux composites unidirectionnels, permettant ainsi une sollicitation préférentielle de l'interface fibre/matrice. Une étude fine de l'interphase est menée afin de réunir des informations précises sur l'étendue de cette zone, sa structure et sa sensibilité vis-à-vis du vieillissement. L'étude des comportements de ces composites repose sur l'utilisation de techniques expérimentales de caractérisation à différentes échelles. Trois systèmes différents par leur mobilité moléculaire et leur comportement face au vieillissement sont étudiés. A l'état initial, l'étendue de la zone interfaciale a été estimée par la micro-analyse thermique localisée qui montre une augmentation de la mobilité moléculaire depuis la matrice jusqu'aux monofilaments. Quelle que soit la nature de la matrice, l'interphase a été trouvé sous-réticulée et /ou plastifiée. L'étude du vieillissement hygrothermique passe par la détermination des cinétiques d'absorption d'eau. Le modèle de Langmuir à deux phases est en accord avec les évolutions physiques observées. Dans les premiers temps de vieillissement, les molécules d'eau se lient par simple liaison hydrogène aux sites hydrophiles entraînant la plastification. Puis elles s'organisent en créant un réseau secondaire par des ponts intermoléculaires. La microanalyse thermique révèle en effet un réseau plus dense dans l'interphase en lien avec la chute des propriétés mécaniques du composite fragilisé à l'interface. La mobilité moléculaire et la nature de la matrice influencent donc le comportement hygrothermique.

  • Titre traduit

    Contribution to study of interphases behaviour in hydrothermal ageing in thermosetting matrix/sized glass fibres systems


  • Résumé

    The composite materials with thermosetting matrices and reinforced by glass fibres have high thermomechanical characteristics in the initial state. The development of these composite structures is closely linked to a better understanding of their behaviour during hydrothermal ageing. The sensitivity of interfaces in humidity is known as being a major reason of the drop in mechanical properties. These project consists in investigating unidirectional composite materials, and more particularly the fibre / matrix interface. The interphase thickness, structure and sensitivity to ageing have been characterized. The study of composites behaviour is carried out thanks to the use various techniques of analysis at several scales. Thus, three different systems have been chosen depending on their molecular mobility and their ageing strength in wet environment. In the initial state, the microthermal analysis of matrix shows a decrease of molecular mobility at decreasing distance from surface fibres. Whatever is the matrix nature, the interphase is undercrosslinked. The study of hydrothermal ageing first consisted in determining the kinetics of water absorption. The two phase model of Langmuir is in agreement with physical behaviour. Further studies highlights the effects of water molecules, which are linked differently to the polymeric network. When the water molecules form by single hydrogen bond with the hydrophilic groups, they plasticize the network in the first time of ageing. Thus, more interchain breakage occurs associated to the decrease of mechanical properties. Then, the water molecules form intermolecular bridges resulting in a secondary crosslinking in the interphase network. The microthermal analysis reveals a higher cross-linked interphase network. Molecular mobility and nature of the matrix influence the hydrothermal behaviour.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (266 p.)
  • Annexes : Réf. bibliogr. pp. 5 ; 57-65 ; 117-119 ; 165-167 ; 236-238 ; 242 ; 266

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  • Bibliothèque : Université de Toulon (La Garde). Bibliothèque universitaire. Section Campus La Garde.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH-SCI/2008TOUL7
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