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Développement, caractérisation et optimisation de matériaux composites hybrides

Authors
  • Agopian, Jean-Charles
Publication Date
Dec 02, 2022
Source
Hal-Diderot
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Le changement climatique va exiger une industrie plus sobre, dans laquelle les matériaux “verts” peuvent jouer un rôle prépondérant. Les matériaux composites n’échappent pas à cette règle, et tout effort pour diminuer leur empreinte écologique doit être entrepris, tout en conservant des niveaux de performance et de durabilité acceptables.Le remplacement partiel de fibres de carbone par des fibres de lin est par exemple une possibilité de réduction de l’impact environnemental de ces matériaux composites. Les énergies de surface des deux fibres étant relativement différentes, les propriétés des matériaux composites issus de cette hybridation ne sont potentiellement pas optimales. De plus, les fibres végétales sont hydrophiles, ce qui pose deux problèmes : d’une part, cela les rend incompatibles avec nombre de polymères, hydrophobes. D’autre part, cela peut engendrer une réduction de la durabilité du composite, plus susceptible de se gorger en eau.Dans cette étude, un traitement par fluoration directe par du fluor moléculaire F2 a été mis en place, afin de niveler les énergies de surface des deux types de renfort et de favoriser leur interaction avec la matrice. Ces travaux se sont focalisés sur la fluoration du renfort carbone, tandis qu’une autre thèse menée en parallèle s’est focalisée sur la fluoration du lin.Dans un premier temps, un état de l’art sur la fluoration des fibres de carbone a été proposé sous la forme d’une revue de littérature. La versatilité de la liaison carbone-fluor et les conditions expérimentales permettant de jouer dessus ont été décrites en détail.Dans un deuxième temps, il a été montré par un large panel d’analyses physico-chimiques que la fluoration à température ambiante de fibres de carbone permettait de fluorer leur ensimage, et donc d’ajuster l’énergie de surface des fibres de carbone. Le même traitement a été ensuite mené sur une large gamme de températures, montrant successivement une fluoration et une hyperfluoration de l’ensimage, puis une fluoration de la fibre de carbone elle-même, avec une augmentation drastique de son hydrophobie et une diminution de sa composante polaire. Ces fibres de carbone et de lin fluorées ont ensuite été intégrées par infusion dans une matrice époxyde avec différentes séquences d’empilement. Les essais mécaniques sont peu concluants vis-à-vis d’une éventuelle amélioration de la compatibilité due à la fluoration, ce qui s’explique par l’optimisation d’interface permise par l’ensimage dans le cas de fibres non-fluorées. Les tests de vieillissement sont quant à eux prometteurs, puisque les matériaux intégrant des fibres fluorées absorbent moins d’eau que ceux renforcés de fibres non-fluorées.

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