Etude rheologique d'un composite polypropylene/fibres de verre estampe : couplage entre l'orientation et l'ecoulement visqueux anisotrope

par Philippe Thevenin

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Dominique Perreux.

Soutenue en 1995

à Besançon .

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Résumé

Ce memoire rapporte une etude experimentale et theorique de la rheologie d'un materiau composite a matrice thermoplastique renforcee de fibres discontinues lors de sa phase de mise en forme par estampage. A l'oppose des materiaux techniques traditionnels, le composite doit au niveau de sa specificite s'adapter aux exigences de conception alors que celle-ci decoule habituellement des proprietes des materiaux constitutifs. En cherchant a realiser simultanement le materiau et le produit, le procede devient indissociable des composants puisque les performances de la structure en dependent etroitement. Un des buts a atteindre est ainsi de disposer les renforts de maniere optimale en fonction des efforts ou des contraintes auxquelles la structure est en mesure d'etre soumise, c'est-a-dire de placer le cout dans les zones les plus sollicitees et non partout ailleurs, comme cela est communement opere en presence de materiaux homogenes et isotropes. Il s'agit en quelque sorte de realiser une anisotropie controlee generatrice de proprietes adequates. Or la fabrication d'un materiau composite a matrice polymere est en general un procede rendu complexe par la nature heterogene de la structure. Et, dans la majeure partie des cas, les proprietes mecaniques et physico-chimiques du materiau objet de la mise en forme presentent un degre d'anisotropie plus ou moins prononce mais dont il serait inopportun de negliger les effets. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette etude dont l'objectif est de materialiser le couplage entre l'ecoulement gouverne par une loi de type fluide visqueux anisotrope non-newtonien et l'etat local d'orientation du renfort interagissant et evoluant tout au long de la transformation. Des lois de comportement et d'orientation sont developpees et identifiees sur des ecoulements experimentaux isothermes de type plaque. Puis, la description de l'etat local est integree dans un code de calculs par elements finis permettant de simuler l'ecoulement de maniere globale et de confronter le modele a l'experience. L'interet est d'une part de predire l'evolution de l'anisotropie et ses repercussions sur l'ecoulement, notamment la deformee du front de matiere en presence de bords libres, et d'autre part de pouvoir quantifier l'etat d'orientation final responsable des proprietes mecaniques et physiques de la structure

Titre traduit

Rheological behavior of a glass fiber reinforced polypropylene in a stamping process : a coupling between the orientation and the anisotropic viscous flow

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