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Article

1 - CONTEXTE

2 - PREMIÈRE APPROCHE

3 - LES NANOTUBES DE CARBONE

4 - COMPOSITES À MATRICE POLYMÈRE RENFORCÉS PAR DES NANOTUBES

5 - MISE EN ŒUVRE ET RÉALITÉS EXPÉRIMENTALES DANS LES MATRICES POLYMÈRES

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : NM3100 v1

Conclusion
Renfort mécanique des composites par les nanotubes de carbone

Auteur(s) : Jean-Paul SALVETAT, Philippe POULIN

Relu et validé le 25 août 2023

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RÉSUMÉ

Les nanotubes de carbone sont de longs cylindres graphitiques de diamètre inférieur à 100 nm. Ils sont potentiellement des acteurs indispensables d’un renfort mécanique des composites. Cet article décrit le contexte de ces composites. Une première approche est ainsi proposée sur les nanotubes de carbone : leur structure, leur texture et leurs propriétés mécaniques sont explicitées. Un paragraphe est ensuite consacré aux composites à matrice polymère renforcée par des nanotubes (renforcement par fibres, effet de l’orientation, effets d’enchevêtrement, adhésion, etc). Pour terminer, les détails de la mise en oeuvre et quelques réalités expérimentales sont proposés.

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ABSTRACT

Mechanical reinforcement of composites with carbon nanotubes

Carbon nanotubes are long graphite cylinders with a diameter of less than 100 nm. They are potentially vital in the mechanical reinforcement of composites. This article describes the context of these composites. An initial introduction to carbon nanotubes is proposed; their structure, texture and mechanical properties are explained. A paragraph is subsequently dedicated to nanotube-reinforced polymer matrix composites (fiber reinforcement, the orientation effect, the overlapping arrangement, adhesion, etc.). Implementation details and a number of experimental samples conclude this article.

INTRODUCTION

Le terme « nanotubes de carbone » désigne de longs cylindres graphitiques de diamètre inférieur à 100 nm. Leur caractère unidimensionnel associé à la force des liaisons entre atomes de carbone leur confèrent, sur le plan théorique, des propriétés mécaniques si exceptionnelles qu'ils sont considérés, depuis leur découverte, comme le nec plus ultra des renforts pour matériaux composites.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-nm3100


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6. Conclusion

Sur un plan purement théorique, les nanotubes de carbone sont potentiellement très prometteurs pour le renfort mécanique des composites. Cependant, nous avons vu que la validation de cette prédiction n'est pas aisée sur le plan expérimental. Le renfort idéal demande une optimisation délicate de différents facteurs allant de la qualité des nanotubes à la formulation des composites qui inclut notamment le contrôle des interactions entre la matrice et les nanotubes. Compte tenu de ces défis, de très nombreuses recherches sont actuellement poursuivies. Ces travaux pour l'amélioration des propriétés mécaniques des composites permettent au passage la découverte de phénomènes inattendus et encore mal compris. Nous pouvons citer, par exemple, les très fortes énergies de rupture observées dans les fibres de nanotubes. Il est donc possible que des applications émergent dans des domaines où les nanotubes n'étaient pas forcément pressentis comme des candidats potentiels.

Une part importante des progrès sur le renfort des composites est liée à l'amélioration de la qualité des nanotubes produits, mais aussi à leur disponibilité croissante. En effet, cette dernière permet plus facilement des recherches plus poussées. De plus grandes pièces peuvent être réalisées et testées. L'augmentation de la disponibilité des nanotubes est due à l'intérêt croissant des industriels pour les nanotubes. De nombreuses start-up mais aussi de grands groupes industriels produisent des nanotubes toujours en plus grande quantité et avec des taux d'impuretés toujours plus bas. Sur le plan des applications, il est très probable que les nanotubes soient utilisés, dans un premier temps, pour des composites à haute valeur ajoutée, dans le domaine, par exemple, des articles de sport, de la défense et de l'aéronautique.

Au niveau des articles de sport, nous pouvons citer déjà l'existence de prototypes utilisés par des sportifs de haut niveau. Ainsi, une équipe du Tour de France 2005 utilisait des vélos dont le cadre était un matériau composite contenant des nanotubes produits par Arkema (figure 12). L'équipe nationale de Finlande de hockey utilise des crosses dopées en nanotubes de carbone produits par Bayer.

Les nanotubes de carbone présentent un fort intérêt pour leurs propriétés mécaniques. Mais ils possèdent d'autres caractéristiques qui les rendent potentiellement intéressants pour remplir plusieurs...

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BIBLIOGRAPHIE

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