Micro- et méso-structures de composites unidirectionnels verre-époxyde à interfaces modèles : modélisation du comportement viscoélastique linéaire et mécanismes d'endommagement

par Karim Benzarti

Thèse de doctorat en Sciences. Matériaux macromoléculaires et composites

Sous la direction de Nicole Alberola.

Soutenue en 1997

à Lyon 1 .

Le jury était composé de Nicole Alberola.

mots clés

• Composites à fibres
• Époxydes
• Fibres de verre
• Contraintes (mécanique)
• Flexion (mécanique)
• Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)
• Viscoélasticité

Résumé

Le comportement mecanique des systemes heterophases est gouverne par les caracteristiques de chacun des constituants, mais egalement par la synergie comportementale entre phases et par les modifications microstructurales de la matrice polymere liees a la presence des renforts. Dans cette etude, une approche micromecanique originale est proposee afin de separer les contributions respectives de la morphologie, des effets d'interface et des modifications microstructurales de la matrice, au comportement macroscopique de composites ud verre/epoxyde a interfaces modeles (matrice dgeba/anhydride mthpa renforcee par des fibres brutes ou ensimees par un agent silicone ou aminosilane). Une analyse morphologique quantitative de ces composites elabores par enroulement filamentaire a permis de quantifier, a taux de renfort croissant, l'evolution progressive de la morphologie 2d depuis une architecture constituee de meches isolees dans la matrice vers une structure a fibres aleatoirement reparties. Selon la nature de l'ensimage, cette analyse a egalement revele des variations de la repartition des fibres aux echelles meso et microscopiques. La prediction du seul effet de renforcement s'appuie sur un modele auto-coherent a 4 phases assorti du concept de percolation et necessite la definition d'un motif morphologique representatif de la structure heterogene des composites ud. Apres separation du comportement micromecanique des phases, le comportement viscoelastique de la matrice epoxyde extraite a ete decrit au moyen d'un modele physique de deformation des polymeres amorphes, ce qui a permis de reveler un etat de sous reticulation du reseau dgeba/anhydride dans les composites. L'etude du comportement a la rupture des composites modeles (choc ou fatigue en flexion 3 points) a revele le role primordial joue par la qualite de l'adhesion interfaciale sur les mecanismes d'endommagement.

Titre traduit

Micro-and meso-structures of unidirectional glass fibre / epoxy composites with specific interfaces : modeling of the linear viscoelastic behaviour and damage mechanisms

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