Matériaux composites aéronautiques hautes températures à matrice bismaléimide renforcée

High temperature and toughened bismaleimide composite materials for aeronautics

• Auteur / Autrice : Guillaume Fischer
• Direction : Jean-François Gérard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) - Ingénierie des Matériaux Polymères - Site INSA Lyon / IMP
• Jury : Président / Présidente : Olivier Allix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Gérard, Olivier Allix, Monika Bauer, Lucien Laiarinandrasana, Matteo Ciccotti, Jacques Cinquin, Frédéric Lortie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monika Bauer, Lucien Laiarinandrasana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fissuration

Composites thermodurcissables

Composites polymères

Mots clés libres

Composite à matrice polymère

Matrice époxy

Résine bismaléimide

Thermoplastique

Thermodurcissable

Ténacité

Fissuration

Haute température

Industrie aéronautique

Polymer matrix composite

Epoxy matrix

Bismaleimide resin

Thermoplastic

Thermosetting

Fracture toughness

Cracking

High temperature

Aeronautics

Résumé

Les structures aéronautiques font de plus en plus appel aux matériaux composites pour alléger les structures dans le but d’améliorer leurs performances et de limiter la consommation de carburant. Les composites à matrice organiques représentent aujourd’hui plus de 50% de la structure des avions civils de dernière génération (A350 et B787). Les matériaux utilisés sont essentiellement des composites à matrice époxy avec des températures d’utilisation en service continu pour de longues durées ne dépassant pas 110°C. Continuer à augmenter cette part de matériaux composites passe par leur introduction dans des zones plus chaudes, proches des réacteurs ou des turbines. Les matériaux composites à matrice bismaléimides sont compatibles avec des températures d’application d’au moins 200°C, mais sont très sensibles aux impacts et présentent une fragilité beaucoup trop importante pour des pièces de structure. Les composites à matrice époxy ont fait l’objet de développements pour améliorer ces propriétés, en incorporant dans les formulations des thermoplastiques solubles et insolubles qui ont pour effet de freiner la propagation des délaminages induits par des impacts. En s’inspirant des méthodologies et des connaissances acquises sur les formulations époxys, l’objectif de ces travaux est de développer des systèmes réactifs de type bismaléimide à propriétés optimisées et d’identifier les paramètres clé pour y parvenir.

Aeronautics use more and more composite materials to reduce structures weight, in order to improve performance and to limit fuel consumption. Polymer matrix composite materials represent today more than 50% of last generation civil aircrafts structure (A350, B787). Most of thermoset matrices are epoxies with service temperatures below 110°C for long time services. To further optimize the composite part ratio, it is now necessary to use those materials in structural parts exposed to higher temperatures, for instance, near engines. Among high performance thermoset matrices, bismaleimides offer potential in service temperature up to at least 200°C, but their brittleness makes them non-suitable for structural applications. Epoxy-based composite materials have gone through improvements, increasing their toughness by mixing with soluble and non-soluble thermoplastics to hold in delamination crack propagation. Starting with methods and knowledge from epoxies toughening strategies, this work is dedicated to develop toughened bismaleimide systems and to identify relevant parameters to reach this aim.