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RÉSUMÉ
Les propriétés mécaniques et physiques des matériaux composites sont fonction non seulement de leurs constituants de base, mais aussi de la qualité de la liaison entre renfort et matrice. Cet article tente d’illustrer les conséquences d’une modification de cette interface sur les caractéristiques des composites industriels. Ainsi, sont passés en revue le comportement mécanique instantané et à long terme, le comportement au vieillissement en milieux hostiles, la tenue au feu et la biodégradabilité. Des exemples variés sont utilisés pour illustrer ces multiples variations de comportement.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Anne BERGERET : Docteur Ingénieur, Maître-Assistant à l’École des Mines d’Alès - Responsable de l’équipe Formulation des Matériaux du Centre des Matériaux de Grande Diffusion de l’École des Mines d’Alès
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Patricia KRAWCZAK : Professeur à l’École des Mines de Douai - Responsable du Département Technologie des Polymères et Composites de l’École des Mines de Douai
INTRODUCTION
Les deux premières parties de ce dossier se sont attachées à définir et mettre en évidence l’importance pratique de la liaison renfort/matrice au sein des matériaux composites, puis à présenter les différentes méthodes expérimentales de caractérisation et approches théoriques de modélisation de cette zone interfaciale (ou interphase). L’objectif de cette troisième partie est, quant à lui, d’illustrer l’influence de la liaison renfort/matrice sur le comportement de composites industriels. Les conséquences d’une modification de l’interface sur le comportement mécanique instantané et à long terme (fatigue dynamique, fluage, stress-cracking), le vieillissement (notamment en milieux hostiles), mais aussi la tenue au feu ou encore la biodégradabilité, sont mises en évidence sur la base d’exemples variés (résultats expérimentaux obtenus sur éprouvettes mais aussi sur pièces industrielles, selon les cas pour des composites à matrices thermoplastiques ou thermodurcissables, renforcées de charges ou de fibres de natures diverses, soit coupées, soit continues, éventuellement recyclées). Les références bibliographiques sont reportées dans la partie .
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5. Biodégradabilité
le lecteur pourra aussi se reporter à l’article Fibres naturelles de renfort pour matériaux composites .
Sachant que les matériaux composites couramment utilisés ne sont pas facilement recyclables, l’utilisation de biocomposites (association d’un biopolymère avec des fibres naturelles) devrait permettre à l’avenir une gestion plus simple des déchets de production et des pièces en fin de vie par compostage. Bien qu’ils soient encore peu utilisés, le développement à grande échelle des biocomposites passe entre autres par l’optimisation de l’adhésion fibre/biopolymère pour conférer au matériau de bonnes propriétés mécaniques. Pour ce faire, il est possible de mettre en œuvre des méthodes de traitement de surface des fibres naturelles, soit physiques, soit chimiques, qui ne doivent pas supprimer la propriété de biodégradabilité initiale des fibres.
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Méthodes de traitement de surface des fibres naturelles
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Les méthodes physiques permettent de modifier la structure et les propriétés de surface des fibres naturelles, sans en modifier pour autant la composition chimique. On peut citer :
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les traitements thermiques [177] au-delà de 180 ˚C en atmosphère inerte,
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les traitements par effet corona qui est une technique d’activation de surface par oxydation permettant, par exemple, d’augmenter le taux de groupements aldéhyde à la surface des fibres de bois [178],
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les traitements par plasma froid [179], qui modifient l’énergie de surface des fibres par formation de radicaux libres induisant une réticulation de surface particulièrement efficace dans le cas de matrices apolaires (PS, PP, PE…),
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les traitements alcalins à la soude [180] [181] [173], appelés mercerisages, qui ont été largement utilisés dans le cas des fibres textiles de coton,
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les traitements d’acéthylation [181].
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Les traitements chimiques peuvent, quant à eux, être classés en deux familles :
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des traitements qui modifient la composition de surface des fibres et créent des liaisons chimiques avec la matrice, en se servant par exemple de composés [161] [31] [180] [182] [181] [173] [183] tels que des agents de couplage (silane : figure 24 a , titanate, zirconate…),...
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