Contribution à l'amélioration de la compatiblilité interfaciale fibres naturelles/matrice thermoplastique via un traitement sous décharge couronne

Contribution to the improvement of interfacial compatibility naturals fibers/thermoplastic matrix under corona discharge treatment

• Auteur / Autrice : Mohamed Ragoubi
• Direction : André Merlin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 14/12/2010
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'études et de recherches sur le matériau bois - UMR 1093
• Jury : Président / Présidente : Marc Renner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice George, Stéphane Molina
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Viallier, Marie-Pierre Laborie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet couronne

Composites thermoplastiques

Matières plastiques renforcées avec des fibres

Mots clés libres

Matériaux composites

Renforts fibreux

Traitement Corona

Propriétés physicochimique

Mécanique

Microstructurale

Natural reinforcement

Corona discharge

Composites materials

Mechanical

Chemical interfacial properties

Résumé

Les recherches actuelles dans le domaine des composites montrent l'utilisation croissante de matrices biodégradables et/ou de renforts fibreux naturels issus de ressources renouvelables. Néanmoins, une étape de compatibilisation fibres/matrice est très souvent nécessaire. Dans cette thèse, nous avons exploré une méthode physique : le traitement corona. Son impact sur les propriétés physicochimiques de différentes fibres a été étudié par XPS, mesure d'angle de contact et MEB. Il ressort qu'il entraîne principalement une oxydation de surface et une augmentation de sa rugosité. Nous avons évalué le comportement mécanique de composites, préparés par extrusion à partir de fibres de chanvre ou miscanthus et de matrices polypropylène (PP) ou acide polylactique (PLA). L'incorporation de renforts accroît la rigidité des matériaux et le transfert de contrainte et leur traitement permet d'obtenir des caractéristiques encore supérieures en raison d'un ancrage mécanique accru. Les valeurs optimales sont obtenues pour un taux massique de fibres de l'ordre de 20%. Les propriétés thermiques et thermomécaniques des composites ont été caractérisées par ATG, DMA et DSC. La stabilité thermique des matériaux est abaissée après incorporation de renforts bruts mais très largement améliorée (+ 15-20°C) après traitement des fibres. Dans certaines conditions, les fibres agissent comme des agents nucléants qui influent sur le processus de cristallisation et le taux de cristallinité. Le traitement des fibres par corona ne permet pas de retarder la dégradation des matériaux au cours d'un vieillissement accéléré en milieu humide et l'évolution des propriétés thermomécaniques est plus prononcée pour les matériaux à base de PLA plus hydrophile

The field of composites materials shows increasing use of biodegradable matrices and / or natural reinforcements from renewable resources. Nevertheless, a compatibilization step between fiber and matrix is necessary. In this PhD study, we have explored a physical method: corona treatment. Its impact on the physicochemical properties of different fibres has been studied by XPS, contact angle measurement and SEM. It appears that it mainly involves surface oxidation and roughness increase. We have also evaluated the mechanical behaviour of composites, prepared by extrusion from hemp or miscanthus fibres and polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA) matrices. The incorporation of raw reinforcements increases the stiffness and the stress transfer. Composites based on treated fibres show better mechanical performances, resulting from an enhanced mechanical anchorage. The optimum values are obtained for 20% (wt) fibres content. The thermal and thermomechanical properties of composites have been characterized by TGA, DMA and DSC. The thermal stability of materials is reduced after incorporation of raw reinforcements but very much improved (+ 15 - 20 ° C) after treatment of fibres. Under certain conditions, the fibres act as nucleating agents that affect the crystallization process and crystallinity rate. The corona treatment of fibres does not delay the degradation of materials during an accelerated aging in humid environment and the evolution of the thermomechanical properties is more pronounced for PLA based materials because of its hydrophilic character.