Contribution au développement de matériaux composites à matrices thermodurcissables biosourcées et renforcées par des fibres végétales

Contribution to the development of biobased thermoset composites reinforced with vegetable fibers

• Auteur / Autrice : Laetitia Marrot
• Direction : Christophe Baley
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des matériaux de Bretagne
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chanvre

Lin

Fibres végétales

Composites à fibres

Propriétés mécaniques

Matières plastiques renforcées avec des fibres

Résumé

De nos jours, une certaine prise de conscience des limites de notre environnement apparaît, motivée par l’épuisement des ressources fossiles et le changement climatique. Selon une démarche plus respectueuse de l’environnement, il est possible de remplacer les fibres de verre par des fibres végétales pour le renfort de matériaux composites. Les composites thermodurcissables permettent de cibler des applications structurales. Ces travaux de thèse ont pour objectif de contribuer au développement de composites à matrices thermodurcissables biosourcées et renforcées par des fibres végétales. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence les caractéristiques des fibres de chanvre et les principales particularités microstructurales qui les différencient du lin. Les conséquences des itinéraires techniques spécifiques (type de défibrage et rouissage) des deux plantes ont été investiguées. Ensuite, nous avons montré des résultats favorables en termes de performances mécaniques et d’adhérence pour l’utilisation de matrices époxy et polyester biobasées renforcées par des fibres de lin. Néanmoins la nature du durcisseur de la résine époxy a une forte influence sur l’adhérence de la matrice avec la fibre de lin. Enfin, nous avons considéré des composites industriels à matrice époxy renforcés par des fibres de lin, avec des matrices pétrochimiques et biobasées. Nous avons pu valider le cahier des charges des propriétés mécaniques requises par des industriels du ferroviaire, automobile et mobilier avec des deux types de matrice. Malgré la présence de défauts variés, et en particulier des porosités, les composites ont été satisfaisants en traction et en flexion. La résistance à l’impact reste cependant une faiblesse chez ces biocomposites.

Nowadays, depletion of fossil resources and climate change create a growing awareness of the limits of the environment. To be more respectful towards the environment, it is possible to replace glass fibers by vegetable fibers in the reinforcement of composite materials. Thermoset composite materials are well adapted for applications which require high performances. The purpose of this work is to help the development of thermoset composites reinforced with vegetable fibers. First, we highlighted hemp fibers characteristics and their main microstructural specificities, which make them different from flax. Consequences on hemp fibers of activities related to the harvesting steps like decorticating and retting have been investigated. Then, we found interesting results for the use of biobased epoxy and polyester resins in terms of mechanical performances and adhesion with flax fibers. It has been showed that the hardener nature of the epoxy matrix has an influence on the adhesion with a flax fiber. In the last section, we considered industrial composites reinforced with flax fibers with petrochemical and biobased epoxy matrices. We checked the specifications for the mechanical properties in automotive, railway transport and luxury furniture applications. In spite of several defects, especially porosities, the composites showed satisfying tensile and bending properties. Impact properties remained insufficient though.