Saber Ayoub Chelaghma

Doctorant - Université Paul Sabatier (UPS)
Membre du groupe Métrologie, Identification, Contrôle et surveillance (MICS)
et du groupe Modélisation des Systèmes et Microsystèmes Mécaniques (MS2M)

 
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Activités de recherche :

Résumé :

Les composites actuellement utilisés dans l’industrie aérospatiale possèdent de très faibles
niveaux de conductivité électrique du fait du caractère isolant de la matrice
polymère. Dans l'optique d'assurer sans risque l'écoulement des charges
électrostatiques, plusieurs approches peuvent être envisagées. Parmi elles,
l'intégration de charges dans une matrice haute performance. L'ajout de ces
particules fonctionnalisantes va impacter un certain nombre de propriétés du
composite, notamment la cristallisation. L'objectif de la thèse est de
développer des modèles pour prévoir les propriétés d'un composite
multifonctionnel.

Abstract : Composites
currently used in the aerospace industry have too low electric conductivity
properties because of the polymer matrix. In order to insure without risks the
electrostatic charge flow, several approaches can be envisaged. Among them, the
integration of fillers in a high-performance matrix. The addition of these
functionalizing particles will impact composite properties, in particular
crystallization. The objective of the thesis is to develop models to predict
the properties of a multifunctional composite.

1. Introduction

Pour les polymères thermoplastiques renforcés de fibres
de carbone, le taux de cristallinité et la morphologie induite lors de la
cristallisation ont un impact certain sur leurs propriétés physiques et
mécaniques. Ces deux paramètres sont non seulement dépendants des conditions de
mise œuvre mais aussi des constituants du composite. Afin d'améliorer le
contrôle et l'optimisation des cycles de fabrication de ces matériaux, il est
nécessaire de construire une modélisation avancée de la cristallisation.
D'autant plus que les polymères de la famille des PAEK se distinguent par une
cristallisation particulière qui fait intervenir deux mécanismes : une
cristallisation primaire qui correspond aux étapes de germination-croissance
décrites dans la théorie de Lauritzen et Hoffmann [1], suivi d'une
cristallisation secondaire correspondant à  une cristallisation interlamellaire.
Ce travail propose le développement d'un modèle de cinétique de cristallisation
adapté au cas du PEKK (70/30 Téré/Iso) en prenant en compte la présence de
fibres de carbone et/ou de charges fonctionnalisantes. Le développement de ce
modèle s'appuie sur une étude expérimentale divisée en deux étapes.

2. Avancement

Tout d’abord des mesures calorimétriques ont été
réalisées à  l'aide d'une DSC. Différents paliers isothermes entre 250 et 300°C
ainsi que six vitesses de refroidissement comprises entre 1 et 100°C/min ont
été réalisés sur la matrice pure et la matrice renforcée de fibres de carbone. La
deuxième étape a été réalisée par analyse thermo-microscopique à  l'aide d'une
platine chauffante permettant l'observation directe des structures cristallines
(sphérolites). La platine Linkam THMS 600 PS a permis de caractériser le taux
de germination et la vitesse de croissance des sphérolites en imposant
différents cycles. L'influence de fibres ou de charges fonctionnalisantes sur
la cinétique de cristallisation est analysée. En effet, la formation d'une
phase transcristalline a été observée en présence de fibres de carbone.
Le changement de morphologie implique un changement de cinétique à  travers une
modification du taux de germination [2]. L'ajout de fibres a tendance à
accélérer la cristallisation du PEKK en jouant le rôle de surface de
germination préférentielle.

L'ensemble de ces résultats a permis d'améliorer la
compréhension des mécanismes de cristallisation particuliers du PEKK. Afin de
confronter le modèle aux données expérimentales et pouvoir prédire l'évolution
du degré d'avancement, un couplage thermocinétique sera effectué. Pour cela, le
choix a été fait de générer des volumes élémentaires représentatifs (VER) pour
y intégrer le modèle de cinétique de cristallisation. Dans ce but, différents algorithmes
ont été développés pour générer des géométries à  partir de données
expérimentales. L'algorithme de détection de contour a été utilisé sur des
images en coupe transverse de composites, tandis que les données en microscopie
à  rayon X ont permis de générer des VER réels en utilisant un algorithme de
reconstruction 3D. Ces géométries représentatives permettront de
mettre en évidence l'influence des fibres de carbone et des charges
fonctionnalisantes sur la cinétique de cristallisation.

3. Perspectives

L'étape suivante consistera à  identifier les paramètres
de la microstructure qui vont grandement influencer le comportement mécanique
du matériau. En effet, le taux de cristallinité n'est pas le seul paramètre à
jouer un rôle. La taille des entités cristallines que l'on a caractérisée par
platine chauffante en fonction des conditions de mise en œuvre, va aussi
influencer la rigidité, le comportement à  la rupture et le fluage. Des plaques
seront mise en œuvre afin d'évaluer le comportement mécanique pour différentes
morphologies et différents taux de cristallinité.

Références

[1]�J.Hoffmann,
Melting process and the equilibrium melting temperature of polychlorotrifluoroethylene,
Section A : Physics and Chemistry Vol. 66A n° 1, pp. 13, 1962

[2]�S.-L.
Gao, Cooling rate influences in carbon fibre/PEEK composites. Crystallinity and
interface adhesion, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing Vol.
31, pp. 517-530, 2000.

 

 

 



Activités d'enseignement :
Vacataire d'enseignement à  l’INSA Toulouse : TD résistance des matériaux (3em année) & TP science de la production (1er année)