Etude de la dégradation hygrothermique de matériaux composites à matrice polymère par des techniques ultrasonores : corrélations avec des mesures mécaniques et micromécaniques

par Djamel-Eddine Zellouf

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Yves Jayet.

Soutenue en 1998

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Composites
• Composites thermodurcissables
• Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Résumé

La dégradation hygrothermique des composites à matrice polymères se traduit par des modifications irréversibles de leurs propriétés mécaniques. L'objectif de ce travail est la mise en évidence et l'évaluation ultrasonore de l'endommagement induit par une immersion prolongée dans l'eau chaude, aussi bien au niveau de la matrice que de celui des interfaces. Pour ce faire, un dispositif de mesure par spectroscopie ultrasonore en incidence normale a été mis au point et validé sur des matériaux modèles présentant des microstructures différentes. II permet le suivi de l'endommagement à travers la détermination des lois fréquentielles de vitesse et d'atténuation ultrasonores. Néanmoins, cette technique ne permet pas d'accéder à l'anisotropie du matériau composite, dont l'évolution au cours du vieillissement est révélatrice du type d'endommagement. Pour y remédier, des mesures à angle d'incidence variable sont réalisées, permettant de suivre l'évolution du tenseur d'élasticité du matériau. Ces résultats ultrasonores complémentaires sont comparés à ceux obtenus par des techniques de caractérisation des matériaux plus usuelles, telles que la spectroscopie mécanique dynamique basse fréquence, le fluage, la micro indentation et la flexion 3 points. Cette étude a montré que les techniques ultrasonores sont capables d'identifier tous les types d'endommagements pouvant intervenir au sein d'un matériau composite, aussi bien au niveau de la matrice que des interfaces fibre/matrice.

Titre traduit

= Study of polymer-matrix composites hygrothermal degradation using the ultrasonic techniques : Comparisons with mechanical and micromechanical measurements

Résumé

The hygrothermal degradation of polymer-matrix composite materials is one of the most important processes that lead to the decrease of the viscoelastic properties of these materials. The aim of this work is to detect and evaluate the hot water-induced damage within the composite, both upon matrix and interfaces. Thus, an experimental device has been implemented, based on the ultrasonic spectroscopy principle, and validated by mean of samples of polymeric materials having different structures and morphologies. Such an apparatus makes easy to follow the evolution of the damage by measuring of the frequential dependencies of the ultrasonic velocity and attenuation. However, since this reliable technique doesn't allow the following of the material anisotropy during a long hot water immersion, a variable incidence characterization technique have been used, which is capable to give informations about the evolution of the elastic tensor of this material. Ali ultrasonic results are then compared with those obtained from several well-known techniques like a dynamic mechanical spectroscopy, creep, micro indentation and the 3 points bending. This study showed the high ability of the ultrasonic techniques to identify each type of damage process that could be induced within the composite, both on matrix and interfaces regions.