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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)
-
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
-
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 :
-
Liaison renfort/matrice- Définition et caractérisation : Définition et caractérisation ;
-
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 thermodynamique
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3. Modélisation physique ou physico-chimique
De nombreuses modélisations physiques ou physico-chimiques de l’interface/interphase ont été proposées ces dernières années, parmi lesquelles :
-
le modèle empirique de Lipatov repris par Théocaris [119] [120], qui permet d’évaluer l’épaisseur de l’interphase ;
-
un ensemble de modèles physiques qui permettent d’évaluer les modifications de mobilité moléculaire des chaînes macromoléculaires induites par la présence d’une zone interfaciale renfort/matrice.
3.1 Modèle de Lipatov
Le modèle empirique de Lipatov repris par Théocaris [119] [120] permet d’évaluer l’épaisseur de l’interphase par la relation suivante :
avec :
- rf :
- rayon du renfort
- Δri :
- épaisseur de l’interphase
- vf :
- fraction volumique de renfort
- λ :
- paramètre d’interaction traduisant la proportion de chaînes macromoléculaires dont la mobilité est réduite au voisinage des renforts :
![]()
-
![]()
: - variation de capacité thermique du composite au voisinage de Tg
-
![]()
: - variation de capacité thermique de la matrice au voisinage de Tg.
Une corrélation entre l’épaisseur de l’interphase et la contrainte à la rupture en traction peut être établie (figure 2)...
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