Rhéologie des suspensions concentrées de fibres : application à la mise en forme des matériaux composites

Rheology of concentrated fibre suspensions : Application to polymer composite forming

• Auteur / Autrice : Olivier Guiraud
• Direction : Denis Favier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 23/09/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Sols, Solides, Structures-Risques
• Jury : Président / Présidente : Steven Le Corre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Favier, Laurent Orgeas, Pierre Dumont, Bernard Denni, Ahmed Silem, Jean Hugonnard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Ausias, Veronique Michaud, Eric Wehrli

Mots clés

Mots clés libres

Composites à fibres courtes

Suspensions de fibres ou de mèches concentrées

Rhéologie

Compressibilité

Extraction

Squelettisation

Individualisation

Short fiber composites

Concentrated fiber or fiber bundles suspensions

SMC

BMC

Rheology

Friction

Compressibility

Experimental characterization

X-ray microtomography

Microstructure

Pull-out

Skeletonization

Individualisation

Résumé

Cette étude porte sur la mise en forme des matériaux composites renforcés par des fibres ou des mèches de fibres courtes tels que les SMC ou les BMC. Un travail expérimental a dans un premier temps été réalisé à l’échelle macroscopique. Ce travail a permis de mettre au point un rhéomètre de compression lubrifiée ainsi que des méthodes d’essais et de dépouillement. Ceci permet de mieux caractériser la rhéologie des compounds SMC et BMC en traitant les problématiques de leur compressibilité et des frottements éventuels entre les parois du rhéomètre et la matière déformée. Un travail numérique a ensuite permis de simuler la mise en forme d’un BMC après l’identification des paramètres d’un modèle rhéologique simple à partir des données expérimentales obtenues sur le rhéomètre. Enfin, un travail expérimental à l’échelle microscopique a permis d’une part de caractériser finement les microstuctures de SMC modèles à partir de microtomographies à rayons X, et d’autre part de caractériser et de modéliser par le biais d’essais d’extraction de fibres les interactions entre les mèches formant le renfort fibreux de ces matériaux.

This study focuses on the processing of composite materials reinforced with short fibres or fibres bundles such as SMC or BMC. Firstly, an experimental work was carried-out at the macroscopic scale. This work led to the development of a lubricated compression rheometer and associated analysis methods to better characterize the rheology of SMC and BMC compounds, by accounting for the compressibility of compounds and the possible friction between the rheometer wall and the flowing composite. Numerical simulation was then achieved in order to simulate the forming of a BMC. For that purpose, the constitutive parameters of a simple tensorial rheological model were determined from experimental data obtained with the rheometer. Finally, an experimental work at the microscopic level allowed (i) the microstuctures of SMC models from X-ray microtomography micrographs and (ii) fibre pull-out experiment to be characterized, and the interaction mechanisms between the fiber bundles forming the fiber reinforcement of these materials to be modelled.