Contribution à l'étude des interphases et de leur comportement au vieillissement hygrothermique dans les systèmes à matrice thermodurcissable renforcés de fibres de verre PDF Download
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Author: Marie-Barbara Heman Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 266
Book Description
Les matériaux composites à matrices thermodurcissables et renforcés de fibres de verre ont des caractéristiques thermomécaniques élevées à l'état initial. Le développement de ces structures composites est étroitement liée à une meilleure connaissance de leur comportement en service face au vieillissement hygrothermique en particulier. La sensibilité des interfaces à l'humidité est retenue comme étant une cause majeure de la chute des propriétés mécaniques. La demarche de ce travail de thèse consiste à mener des investigations sur des matériaux composites unidirectionnels, permettant ainsi une sollicitation préférentielle de l'interface fibre/matrice. Une étude fine de l'interphase est menée afin de réunir des informations précises sur l'étendue de cette zone, sa structure et sa sensibilité vis-à-vis du vieillissement. L'étude des comportements de ces composites repose sur l'utilisation de techniques expérimentales de caractérisation à différentes échelles. Trois systèmes différents par leur mobilité moléculaire et leur comportement face au vieillissement sont étudiés. A l'état initial, l'étendue de la zone interfaciale a été estimée par la micro-analyse thermique localisée qui montre une augmentation de la mobilité moléculaire depuis la matrice jusqu'aux monofilaments. Quelle que soit la nature de la matrice, l'interphase a été trouvé sous-réticulée et /ou plastifiée. L'étude du vieillissement hygrothermique passe par la détermination des cinétiques d'absorption d'eau. Le modèle de Langmuir à deux phases est en accord avec les évolutions physiques observées. Dans les premiers temps de vieillissement, les molécules d'eau se lient par simple liaison hydrogène aux sites hydrophiles entraînant la plastification. Puis elles s'organisent en créant un réseau secondaire par des ponts intermoléculaires. La microanalyse thermique révèle en effet un réseau plus dense dans l'interphase en lien avec la chute des propriétés mécaniques du composite fragilisé à l'interface. La mobilité moléculaire et la nature de la matrice influencent donc le comportement hygrothermique.
Author: Marie-Barbara Heman Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 266
Book Description
Les matériaux composites à matrices thermodurcissables et renforcés de fibres de verre ont des caractéristiques thermomécaniques élevées à l'état initial. Le développement de ces structures composites est étroitement liée à une meilleure connaissance de leur comportement en service face au vieillissement hygrothermique en particulier. La sensibilité des interfaces à l'humidité est retenue comme étant une cause majeure de la chute des propriétés mécaniques. La demarche de ce travail de thèse consiste à mener des investigations sur des matériaux composites unidirectionnels, permettant ainsi une sollicitation préférentielle de l'interface fibre/matrice. Une étude fine de l'interphase est menée afin de réunir des informations précises sur l'étendue de cette zone, sa structure et sa sensibilité vis-à-vis du vieillissement. L'étude des comportements de ces composites repose sur l'utilisation de techniques expérimentales de caractérisation à différentes échelles. Trois systèmes différents par leur mobilité moléculaire et leur comportement face au vieillissement sont étudiés. A l'état initial, l'étendue de la zone interfaciale a été estimée par la micro-analyse thermique localisée qui montre une augmentation de la mobilité moléculaire depuis la matrice jusqu'aux monofilaments. Quelle que soit la nature de la matrice, l'interphase a été trouvé sous-réticulée et /ou plastifiée. L'étude du vieillissement hygrothermique passe par la détermination des cinétiques d'absorption d'eau. Le modèle de Langmuir à deux phases est en accord avec les évolutions physiques observées. Dans les premiers temps de vieillissement, les molécules d'eau se lient par simple liaison hydrogène aux sites hydrophiles entraînant la plastification. Puis elles s'organisent en créant un réseau secondaire par des ponts intermoléculaires. La microanalyse thermique révèle en effet un réseau plus dense dans l'interphase en lien avec la chute des propriétés mécaniques du composite fragilisé à l'interface. La mobilité moléculaire et la nature de la matrice influencent donc le comportement hygrothermique.
Author: Nicolas Le Moigne Publisher: Springer ISBN: 3319714104 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 149
Book Description
This book is addressed to Master and PhD students as well as researchers from academia and industry. It aims to provide the key definitions to understand the issues related to interface modifications in natural fibre based composites considering the particular supramolecular and micro- structures encountered in plant fibres. A particular emphasis is given to the modification and functionalization strategies of natural fibres and their impact on biocomposites behaviour and properties. Commonly used and newly developed treatment processes are described in view of scaling-up natural fibre treatments for their implementation in industry. Finally, a detailed and comprehensive description of the tools and methodologies developed to investigate and characterize surfaces and interfaces in natural fibre based composites is reviewed and discussed.
Book Description
Les composites sont devenus des matériaux courants dans l'industrie dès lors que la performance est recherchée. Les matrices polymères renforcées de fibres de verre ou de carbone sont utilisées dans l'aéronautique, l'automobile et le sport pour leurs propriétés spécifiques très élevées. Depuis peu, les fibres naturelles sont envisagées comme renforts pour les matériaux polymères pour concilier performance et écologie. Cependant, l'utilisation de pièces structurales utilisant des fibres végétales se heurte à un inconvénient majeur : leur vieillissement rapide causé par une forte sensibilité à l'humidité. Dans ce mémoire, nous avons cherché à estimer la durée de vie de ces composites à travers une caractérisation de l'endommagement en atmosphère humide du matériau, et une modélisation de son absorption d'humidité. Parmi les différentes fibres végétales disponibles, le lin a été choisi pour renforcer une matrice acrylique de la gamme « Elium ». Cette acrylique de nouvelle génération est un thermoplastique dont la polymérisation peut s'effectuer à froid par ajout d'un catalyseur au même titre que la plupart des thermodurcissables, et permet donc une bonne imprégnation des fibres, et évite tout endommagement thermique des fibres de lin. L'impact du vieillissement hygrothermique du composite sur ses propriétés mécaniques a été étudié en sollicitant le matériau à des cycles d'humidité. Ce protocole a permis de différencier deux effets du vieillissement : la plastification du composite causée par la présence de molécules entre les chaînes polymériques, et l'endommagement de la structure par fragilisation de l'interface fibre/matrice et l'oxydation de la cellulose. Le premier effet est réversible par séchage alors que le second est permanent, et est le plus dommageable pour la structure. Une loi de comportement hydromécanique a pu être déduite de ces essais, et sera utilisée en parallèle d'un modèle de diffusion par éléments finis afin de déterminer l'évolution à long terme des propriétés du composite soumis à un environnement réel. Le modèle prédit une baisse de plus de 50% du module élastique, et 60% de la contrainte à rupture après un temps d'utilisation de seulement un an. Néanmoins, le modèle utilisé se base sur de nombreuses hypothèses, notamment concernant la sensibilité de l'endommagement hydrique à la température. Une étude complémentaire est donc nécessaire afin de définir une réelle durée de vie de ces matériaux.
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L'utilisation croissante de composites biosourcés dans des applications de plus en plus techniques pose le problème de la prédiction de leur vieillissement dans des conditions réelles d'utilisation. En effet l'environnement dans lequel ils évoluent, conjugue généralement des sollicitations de nature thermique, hydrique et mécanique. Le comportement complexe de chaque constituant (fibre et matrice, et même leur interface) et donc du matériau composite dans sa globalité vis-à-vis de ces dégradations restent mal connu.L'objectif de ce travail est d'apporter des éléments de réponse à cette problématique en étudiant, de manière extit{ex situ} et extit{in situ}, le comportement de biocomposites poly(acide lactique) renforcés de fibre de lin soumis à un vieillissement couplé thermo-hydro-mécanique. Pour différents taux de renfort, l'influence de la présence d'eau à différentes températures couplée ou non à des contraintes de fluage a été évaluée.Dans un premier temps, la caractérisation de ces biocomposites dans un environnement thermo-hydrique a permis d'identifier les phénomènes mis en jeu. Plusieurs propriétés physiques, chimiques, thermiques et mécaniques ont été déterminées au cours de la diffusion. Par la suite, les conséquences irréversibles des phénomènes de vieillissement sur ces propriétés ont été évaluées. Dans un troisième temps, l'introduction de sollicitations mécaniques comme facteur supplémentaire de vieillissement a permis d'apprécier les effets du couplage thermo-hydro-mécanique. Enfin un modèle de calcul par éléments finis a été mis au point afin de pouvoir simuler le comportement physique et mécanique des biocomposites dans un environnement thermo-hydrique donné.
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De nombreux exemples de matériaux composites obtenus par l'association de fibres végétales et de polymères ont permis des allègements conséquents de structures dans divers domaines d'application. Cependant, la question demeure quant de la durabilité de ces pièces en service, essentiellement par manque de connaissances sur le vieillissement des fibres végétales, sur leurs interactions avec la matrice polymère et sur le comportement hydrothermique des composites biosourcés au cours du temps. Dans cette étude, nous avons étudié les cinétiques et mécanismes de sorption du matériau composite afin d'appréhender son comportement hydrique lors des vieillissements hydrothermiques par immersion dans l'eau à 23°C et 70°C. Cette étude a mis en évidence l'influence des fibres végétales sur les grandeurs caractéristiques de l'absorption en eau du matériau composite : forte prise en eau, gonflement anisotrope. Elle a également permis l'identification des mécanismes de dégradation des fibres de lin ; le rôle très nocif des résidus d'écorce rappelle l'importance du rouissage et du défibrage sur les performances de ces fibres. L'étude du comportement des constituants et du composite confrontés à des vieillissements hydrothermiques a ensuite été entreprise afin d'identifier et quantifier l'influence de chacun des matériaux constitutifs, ainsi que leur synergie. Il en ressort que la détérioration des fibres de lin est la principale cause de l'abattement des propriétés mécaniques du matériau composite. Si une immersion à 23°C pendant 70 jours n'a que peu d'effet sur les propriétés mécaniques, l'élévation de la température à 70°C induit des endommagements importants dès 14 jours d'immersion. La destruction des parois cellulaires et la dégradation des interfaces fibre/matrice sous l'effet de la présence d'eau détériorent le transfert de charge matrice/fibre. La corrélation entre les vieillissements accélérés et naturel a fait ressortir une similitude entre le maintien pendant 70 jours dans l'eau à 23°C et l'exposition aux conditions naturelles pendant 24 mois ; l'immersion à 70°C s'avère trop sévère. Une solution d'amélioration serait d'accentuer le rouissage des fibres afin de supprimer davantage les composés pectiques de la lamelle mitoyenne et de la paroi primaire. L'élimination de ces composés facilement hydrolysables par l'eau permettrait de prétendre à une meilleure qualité de l'interface fibres/matrice tout au long du vieillissement.
Author: BING.. HU Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 96
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LA PRESENTE ETUDE S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'ANALYSE DE LA DURABILITE DE SYSTEMES COMPOSITES A MATRICE POLYMERIQUE SOUS L'EFFET D'ENVIRONNEMENT HYGROTHERMIQUE. SON OBJECTIF EST D'APPORTER UNE CONTRIBUTION A LA COMPREHENSION ET A LA PREVISION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES EN FONCTION DU VIEILLISSEMENT HYGROTHERMIQUE. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DE L'ABSORPTION D'EAU PAR LES MATERIAUX COMPOSITES. ELLE DEBUTE PAR UNE MISE EN EVIDENCE DU PROCESSUS D'ABSORPTION D'EAU PAR DES MESURES REALISEES SUR UNE LONGUE DUREE. UNE DISCUSSION SUR LES MECANISMES DE L'ABSORPTION EST MENEE AFIN DE MIEUX COMPRENDRE LA VARIATION PHYSICO-CHIMIQUE ET LA DEGRADATION MECANIQUE DES MATERIAUX. UNE ANALYSE STATISTIQUE EST EFFECTUEE SUR LES MESURES EXPERIMENTALES. ELLE CONDUIT A UNE PROPOSITION D'UN MODELE DE FICK MODIFIE EN INTEGRANT CERTAINS PARAMETRES STATISTIQUES PERMETTANT DE DECRIRE LES PROCESSUS D'ABSORPTION. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE A LA MODELISATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES VIEILLIS SOUS ENVIRONNEMENT HYGROTHERMIQUE. UNE APPROCHE EXPERIMENTALE EST D'ABORD UTILISEE, A PARTIR D'ESSAIS MECANIQUES, POUR OBTENIR LES CARACTERISTIQUES ELASTIQUES, LES CONTRAINTES ULTIMES ET LA TENACITE DE DIFFERENTS COMPOSITES NON VIEILLIS ET VIEILLIS, DONEES NECESSAIRES POUR DECRIRE LA DEGRADATION DES MATERIAUX. ENSUITE, APRES AVOIR IDENTIFIE LE PARAMETRE HYGROTHERMIQUE DOMINANT DANS LA VARIATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE - CONTENU DE L'EAU ABSORBEE M, NOUS AVONS ETABLI LES RELATIONS EMPIRIQUES ENTRE CE DERNIER ET LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES STRATIFIES ETUDIES. EN CONCLUSION, UNE APPROCHE ANALYTIQUE PERMET DE PREVOIR LA DEGRADATION D'UN STRATIFIE MULTIDIRECTIONNEL A PARTIR DES CARACTERISTIQUES DES PLIS ELEMENTAIRES, CETTE PREVISION AYANT ETE VERIFIEE PAR DES RESULTATS EXPERIMENTAUX.
Author: Jean-Marie Berthelot Publisher: Springer ISBN: 9781461268031 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 0
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Mechanical engineering, an engineering discipline borne of the needs of the in dustrial revolution, is once again asked to do its substantial share in the call for industrial renewal. The general call is urgent as we face profound issues of produc tivity and competitiveness that require engineering solutions, among others. The Mechanical Engineering Series features graduate texts and research monographs intended to address the need for information in contemporary areas of mechanical engineering. The series is conceived as a comprehensive one that covers a broad range of concentrations important to mechanical engineering graduate education and re search. We are fortunate to have a distinguished roster of consulting editors on the advisory board, each an expert in one of the areas of concentration. The names of the consulting editors are listed on the next page of this volume. The areas of concentration are applied mechanics, biomechanics, computational mechan ics, dynamic systems and control, energetics, mechanics of materials, processing, thermal science, and tribology.
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Déjà largement exploitées dans le domaine textile, les fibres végétales représentent une bonne alternative aux fibres de verre pour le renforcement de matrices polymériques. Ainsi, à l'heure du « développement durable », elles attirent l'attention des industriels du composite. Il s'agit d'une ressource naturelle et renouvelable possédant de très bonnes propriétés mécaniques spécifiques. Cependant, le comportement fortement hydrophile de ce type de fibres peut conduire, en milieu humide, à une baisse des performances du composite dans lequel elles jouent le rôle de renfort. La compréhension des mécanismes d'absorption d'humidité dans ces matériaux est donc un enjeu important en vue d'une utilisation maîtrisée. Ainsi, les travaux de recherche présentés dans ce mémoire de thèse sont consacrés à l'étude du comportement diffusif et hygro-mécanique de plusieurs fibres végétales (chanvre, jute, lin et sisal). Après une campagne de caractérisation, leur comportement sous différents environnements humides a été analysé. L'application de modèles prédictifs, en parallèle de nos résultats expérimentaux a conduit à la détermination des paramètres de diffusion propres à chacune des fibres. Un travail similaire a été réalisé sur des échantillons de composites jute/époxy. En complément, l'utilisation d'une technique de spectroscopie infrarouge a permis d'aborder le phénomène de diffusion dans les fibres, à l'échelle moléculaire, mettant en avant les fonctions chimiques impactées par l'humidité. De plus, le développement d'un dispositif expérimental pour mener des essais de fluage sous cyclages hygroscopiques a conduit à la mise en évidence d'un couplage hygro-mécanique
Author: Marie-Barbara Heman
Author: Marie-Barbara Heman
Author: Nicolas Le Moigne
Author: Ludovic Freund
Author: Alain Crespy (Professeur).)
Author: Arnaud Regazzi
Author: Matthias Rouch
Author: BING.. HU
Author: Jean-Marie Berthelot
Author: Eric Ségard
Author: Amandine Celino