Contribution à l'étude des matériaux composites renforcés par des fibres végétales : cas des composites extrudés à matrice polypropylène

par Guillaume Coroller

Thèse de doctorat en Science de l'ingénieur

Sous la direction de Christophe Baley.

Soutenue en 2013

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (2007-2016) (autre partenaire) .

mots clés

• Composites à fibres
• Fibres végétales

Résumé

Dans les matériaux composites, la substitution des renforts minéraux ou synthétiques par des fibres végétales est possible pour de nombreuses applications industrielles, automobile ou non. Cependant, l'origine naturelle des fibres végétales, leurs structures complexes et multi composants rendent leur utilisation plus difficile à maîtriser que dans le cas des renforts usuels. Ces travaux de thèse ont donc pour objectif de contribuer à la compréhension des paramètres clés pour profiter de la capacité de renforcement des fibres végétales courtes dans une matrice thermoplastique (PP). Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle des éléments constituant un composite renforcé par des fibres courtes et transformé par injection. Ceci a mis en évidence l 'intérêt de l'utilisation des fibres de lin comme renfort de composites. L'influence de leur fraction volumique et de la compatibilisation fibre / matrice a aussi été étudiée. La comparaison entre procédé d'extrusion et d'injection a souligné l'effet de la mise en œuvre sur la microstructure et sur les propriétés mécaniques des composites. Nous avons ensuite montré qu'il était possible d'extruder un polypropylène renforcé par des fibres de lin qui réponde au cahier des charges de l 'automobile, avec cependant des limitations au niveau de la stabilité du process. L'étude des composites hybrides lin / talc extrudés, a montré que l'ajout de particules de talc apportait une amélioration des propriétés mécaniques et une diminution des défauts d'extrusion. Enfin, nous avons mis en évidence, pour les fibres courtes ou longues, que la division et la dispersion des renforts étaient les paramètres clés à contrôler pour bénéficier de leur capacité de renforcement

Titre traduit

Contribution to the study of composite materials reinforced with vegetable fibers

Résumé

Natural fibers can replace mineral or synthetic reinforcements in many industrial applications, for automotive or not. Their complex and multi component structure as well as their natural origin lead to higher difficulties in this kind of reinforcement than the usual ones. The aim of this thesis work is give a better understanding of the key parameters to control to get the reinforcement capacity of natural fibers. In a first step we studied the influence of the components on the mechanical properties of an injected polypropylene. This has highlighted the interest in flax fibers for composite's reinforcement. It has also underlined the influence of fiber content and using coupling agent. The comparison between extrusion molding and injection molding bas showed the effect of molding process on microstructure and mechanical properties, injection molding showing a better efficiency. Then we focused on extrusion molding, and we have brought to light that it is possible to extrude polypropylene reinforced with flax fiber that is complying with automotive specifications, but it showed lack stability during extrusion process. The study of flax / talc hybrid composites extruded showed that adding talc particles to flax fibers help to increase mechanical properties and to troubleshoot extrusion issues. Finally, we highlighted that, for both short and long flax fibers, fiber's individualization and dispersion are one of the key parameters to control.