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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

Contexte
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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1. Contexte

Jean-Paul Salvetat, chercheur au CNRS, travaille au Centre de Recherche sur la Matière Divisée (CRMD) – UMR 6619 (CNRS – Orléans)

Philippe Poulin, chercheur au CNRS, travaille au Centre de Recherche Paul-Pascal – CNRS – UPR 8641

Les diverses mesures effectuées à travers le monde s'accordent pour confirmer la suprématie des nanotubes de carbone à l'échelle individuelle.

Il en va toutefois autrement des matériaux macroscopiques contenant un grand nombre de nanotubes dispersés dans une matrice ou en interaction directe. À quelques exceptions près, leurs performances ne sont pas à la hauteur des espoirs suscités. La réalisation de composites dignes de ce nom nécessite le développement de nouveaux procédés pour optimiser différents facteurs comme les interactions entre les nanotubes et la matrice, la dispersion, l'orientation et la qualité des nanotubes. Ce dossier fait le point sur la situation actuelle dans le cas des matrices polymériques, qui ont fait l'objet de très nombreuses études ces dernières années et qui constituent un domaine de recherche toujours très actif dans les laboratoires universitaires et industriels du monde entier. Il souligne les principaux progrès, les voies les plus prometteuses et les défis qu'il reste à relever pour que les nanotubes soient pleinement exploités dans le renfort mécanique des composites.

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BIBLIOGRAPHIE

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  • (3) - GLOAGUEN (J.-M.), LEFEBVRE (J.-M.) -   Nanocomposites polymères/silicates en feuillets  -  Nanocomposites polymères/silicates en feuillets[NM 3 050]. Base documentaire « Nanotechnologies » (2007).

  • (4) - BERGERET (A.), KRAWCZAK (P.) -   Liaison renfort/matrice  -  [AM 5 305]. Base documentaire « Plastiques et Composites » (2006).

  • (5) - GUILLON (D.) -   Fibres de verre de renforcement  -  [A 2 110]. Base documentaire « Matériaux fonctionnels » (1995).

  • ...

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