Manufacturing and characterization of flax fiber thermoset composites

par Anurag Pisupati

Projet de thèse en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Chung Hae Park et de Mylène Deléglise-Lagardère.


  • Résumé

    Cette thèse présente un aperçu des composites thermodurcissables à base de fibres de lin de deux points de vue : fabrication par moulage par injection de résine et caractérisation mécanique. En particulier, deux matrices thermodurcissables ont été étudiées, à savoir l’époxy classique et la benzoxazine biosourcée. L’influence des propriétés mécaniques intrinsèques des fibres de lin tels que la variabilité, le gonflement de la fibre et l’absorption de liquide sur la fabrication de pièces composites est étudiée. En considérant le gonflement des fibres et l’absorption des liquides, un modèle mathématique pour l’ascension capillaire des liquides dans les fibres de lin est proposé. Les modèles classiques de perméabilité ne pouvant être adoptés pour les fibres de lin en raison de leurs irrégularités de section et des diamètres de fibres, cette étude a recours à des simulations numériques pour estimer statistiquement la perméabilité. L’influence de la pression d’injection lors du moulage par transfert de résine sur la teneur en vides dans les plaques de lin/époxy est caractérisée et modélisée afin de comprendre les différences entre la formation de vides dans les composites renforcés par fibres de verre et fibres de lin. L’effet du cycle de cuisson sur les propriétés mécaniques des composites est étudié par des tests sur les tractions de composites de lin unidirectionnels afin de souligner l’évolution d’accroche mécanique à l’interface fibre / matrice provoquée par la pénétration de la résine dans les fibres élémentaires avec l’augmentation de la température de traitement. Enfin, le comportement à long terme des composites est examiné pour les composites lin/époxy et les composites lin/benzoxazine, par test de vieillissement hygrothermique.

  • Titre traduit

    Fabrication et caractérisation de composites renforcés par fibres de lin et résine thermodurcissable


  • Résumé

    This dissertation presents insights into flax fiber based thermoset composites from two standpoints; manufacturing by resin transfer molding and mechanical characterization. In particular, two thermoset matrices have been investigated, i.e. conventional epoxy and bio-based benzoxazine. The influence of the intrinsic properties of flax fibers such as variability, fiber swelling and liquid absorption on the manufacturing of composite parts is investigated. By considering fiber swell and liquid absorption, a mathematical model for the capillary rise of liquid in flax fibers is proposed. As classical tow permeability models cannot be adopted for flax fibers due to their irregularities in cross-section and fiber diameter, this study resorts to numerical simulations to statistically estimate the permeability. The influence of injection pressure during resin transfer molding on void content in flax/epoxy plates is characterized and modeled to understand the differences in void formation from glass fiber composites. The effect of cure cycle on the mechanical properties of composites is investigated by tensile tests of unidirectional flax composites to emphasize the evolution of the mechanical locking at fiber/matrix interface caused by resin penetration into elementary fibers with increase in processing temperature. Finally, the long-term behavior of composites is examined for flax/epoxy composites and flax/benzoxazine composites, by hygrothermal aging test.