Étude et simulation de la conductivité thermique de matériaux composites à matrice organique chargée et renforcée de fibres de carbone PITCH

Study and simulation of thermal conductivity of organic matrix filled and reinforced by pitch carbon fibres

• Auteur / Autrice : Bénédicte Reine
• Direction : Philippe Olivier, Gilles Dusserre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres de carbone

Propriétés thermiques

Composites

Mots clés libres

Conductivité thermique

Particules

Fibres de carbone PITCH

Propriétés effectives

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet THEOREM porté par THALES Systèmes Aéroportés. Ce projet est un travail collaboratif entre partenaires industriels et académiques. Il a pour objectif de développer un matériau composite hybride constitué d'une matrice polymère chargée de micro et nanoparticules ayant une conductivité thermique importante et renforcée par des fibres longues de carbone PITCH. Le matériau final doit pouvoir atteindre des valeurs de conductivité thermique élevées équivalentes à celles de l'aluminium (~300W/m/K). Deux principaux axes ont été développés : un axe concernant la matrice chargée et un autre concernant les renforts fibreux. L'axe matrice a permis de développer des modèles numériques de dispersion aléatoire de charges dans un V. E. R. Prédéfini afin de déterminer les propriétés homogénéisées de la matrice chargée. L'axe renfort a mis en avant l'influence de différentes architectures fibreuses sur les transferts de chaleur dans les trois directions de l'espace. La réunion de ces deux études a permis de déduire numériquement les propriétés effectives du composite final. Les différents modèles numériques ont été corrélés avec différentes mesures expérimentales.

This thesis was a part of our on-going research in the frame of the THEOREM project leaded by THALES Systèmes Aéroportés. This project was a collaborative work between industrial and academic partners. The purpose was to develop a hybrid composite material made of a polymeric matrix filled with micro and nanoparticles and reinforced with PITCH carbon fibres. The ultimate material should exhibit high thermal conductivity like aluminum (~ 300 W/m/K). Two main lines are developed: one line on doped matrix and another one on reinforcements. On the matrix line numerical models of random dispersion of fillers in a predefined R. V. E. Were developed to obtain homogenized properties of the doped matrix. On the reinforcement line the influence of different fibre architectures on heat flux in the three directions of space was highlighted. Effective properties of the ultimate composite were numerically deduced from the gathering of those two lines. Different numerical models were correlated with different experimental measurements.