Présentation
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 ;
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Liaison renfort/matrice- Comportement des composites : Comportement des composites industriels ;
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Modélisation thermodynamique
Appliqués aux phénomènes de collage en général, les modèles thermodynamiques ne postulent pas l’existence d’une phase intermédiaire dotée de caractéristiques spécifiques mais admettent seulement l’existence d’interactions superficielles. La solidité de la liaison dépend de l’intensité de ces dernières, qui peut être calculée, pour le renfort et la matrice, à partir des diverses contributions à l’énergie de surface : forces dispersives, forces polaires, interactions acido-basiques, toutes quantités susceptibles de mesure.
La pertinence de l’approche thermodynamique est illustrée par l’effet des traitements de surface des fibres de carbone : une relation existe entre le paramètre calculé à partir des interactions acido-basiques et la contrainte de cisaillement (mesurée par un essai de fragmentation sur monofilament) des systèmes carbone/époxy [127], ou encore entre l’énergie réversible d’adhésion et la contrainte de flexion transversale de composites unidirectionnels carbone/polyéther-éther-cétone [128].
Dans le cas de composites verre/thermoplastique toutefois, l’analyse en termes d’énergie d’adhésion n’est plus valable, vraisemblablement en raison de la présence d’un ensimage qui interdit aux surfaces d’être en contact direct. L’application des idées précédentes n’est pas satisfaisante non plus pour les composites carbone/thermoplastique [129]. Une tentative de généralisation a été présentée cependant par Gutowski [130], qui a montré que la résistance interfaciale décrit toujours une courbe maîtresse en fonction du rapport des énergies superficielles du renfort et de la matrice, un optimum étant noté lorsque ce rapport vaut 1 (figure 4).
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