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RÉSUMÉ
La qualité de l’interface entre renfort et matrice joue un rôle essentiel dans les propriétés mécaniques et physiques finales des matériaux composites. Cependant, cette zone reste assez complexe à définir et à analyser. Cet article expose les modélisations de cette liaison renfort/matrice proposées à ce jour. De nature différente, mécanique, physique/physico-chimique, thermodynamique, viscoélastique ou couplée, certains modèles stipulent l’existence d’une phase intermédiaire entre la matrice et le renfort, qui serait dotée de caractéristiques spécifiques.
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Auteur(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
Différentes modélisations de l’interface/interphase ont été proposées, de nature mécanique, physique/physico-chimique, thermodynamique, viscoélastique ou couplée, qui selon le cas postulent l’existence ou non d’une troisième phase intermédiaire entre la matrice et le renfort, dotée de caractéristiques spécifiques.
Ce dossier se compose de quatre parties :
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Liaison renfort/matrice- Définition et caractérisation : Définition et caractérisation ;
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Liaison renfort/matrice- Modélisation de l’interface : Modélisation de l’interface ;
-
Liaison renfort/matrice- Comportement des composites : Comportement des composites industriels ;
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Modélisation viscoélastique
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1. Modélisation mécanique
Les premiers modèles de prévision du comportement mécanique des composites ont porté sur des composites constitués seulement de la matrice et du renfort, reliés par une interface parfaite d’épaisseur nulle. C’est le cas, entre autres des modèles dérivés de la rhéologie des suspensions et des modèles phénoménologiques. Seuls les modèles analytiques de transfert de charge, d’assemblage et d’homogénéisation permettent l’introduction d’une phase intermédiaire, d’épaisseur non nulle, entre la matrice et le renfort qui constitue l’interphase.
1.1 Modèles dérivés de la rhéologie des suspensions
Les modèles dérivés de la rhéologie des suspensions [95] [96] [97] supposent que les lois valables pour des charges sphériques en suspension dans un liquide newtonien sont applicables à des polymères chargés de billes, tout simplement en remplaçant les viscosités par des modules de cisaillement. La prise en compte de l’interface se fait indirectement au niveau des hypothèses de calcul. D’une manière générale, dans la mesure où ces modèles ne prennent en compte que le module de cisaillement de la matrice, la fraction volumique de charges et éventuellement le facteur de forme des charges [96] et la fraction volumique maximale de charges [97], leur domaine d’application reste extrêmement limité.
HAUT DE PAGE1.2 Modèles phénoménologiques
Les modèles phénoménologiques décrivent le comportement élastique des composites à partir de relations empiriques ou semi-empiriques dérivées des modèles rhéologiques. Ces derniers rendent compte du comportement mécanique d’un matériau donné, en le décrivant à l’aide d’éléments rhéologiques, tels que des ressorts, des amortisseurs... Leur association judicieuse doit conduire à un comportement similaire à celui du matériau. Parmi eux, le modèle de Reuss [98] (ressort et amortisseur en série) et le modèle de Voigt [99] (ressort et amortisseur en parallèle) sont les plus connus. Le modèle de Takayanagi [100] est, quant à lui, une combinaison linéaire de ces deux modèles, en série-parallèle ou parallèle-série, en introduisant...
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