Saber Ayoub Chelaghma




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

☎ +33 (0) 5 61 00 05 53

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)


Production scientifique

2 contributions

Communication avec actes dans un congrès international ou national

[ACT1]S.A. Chelaghma, O. De Almeida, J.-N. Périé, P. Marguerès, B. Reine, A. Vinet and J.-C. Passieux. Etude de la morphologie cristalline et modélisation de la cinétique du PEKK (Poly-Ether- Cétone-Cétone). Proceedings of Journées Nationales sur les Composites - JNC 20 p.1-4 2017
[ACT2]S. Chelaghma, O. De Almeida, P. Marguerès, J.-C. Passieux, J.-N. Périé, B. Reine and A. Vinet. Edude de la morphologie cristalline du PEKK et caractérisation de la cinétique de cristallisation des composites à matrice PEKK.. Proceedings of JST AMAC - Mise en OEuvre des Composites à Matrice Thermoplastique 2017



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