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RÉSUMÉ
Les propriétés mécaniques et physiques des matériaux composites sont fonction non seulement de leurs constituants de base, mais aussi de la qualité de la liaison entre renfort et matrice. Cet article tente d’illustrer les conséquences d’une modification de cette interface sur les caractéristiques des composites industriels. Ainsi, sont passés en revue le comportement mécanique instantané et à long terme, le comportement au vieillissement en milieux hostiles, la tenue au feu et la biodégradabilité. Des exemples variés sont utilisés pour illustrer ces multiples variations de comportement.
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Lire l’articleAuteur(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
Les deux premières parties de ce dossier se sont attachées à définir et mettre en évidence l’importance pratique de la liaison renfort/matrice au sein des matériaux composites, puis à présenter les différentes méthodes expérimentales de caractérisation et approches théoriques de modélisation de cette zone interfaciale (ou interphase). L’objectif de cette troisième partie est, quant à lui, d’illustrer l’influence de la liaison renfort/matrice sur le comportement de composites industriels. Les conséquences d’une modification de l’interface sur le comportement mécanique instantané et à long terme (fatigue dynamique, fluage, stress-cracking), le vieillissement (notamment en milieux hostiles), mais aussi la tenue au feu ou encore la biodégradabilité, sont mises en évidence sur la base d’exemples variés (résultats expérimentaux obtenus sur éprouvettes mais aussi sur pièces industrielles, selon les cas pour des composites à matrices thermoplastiques ou thermodurcissables, renforcées de charges ou de fibres de natures diverses, soit coupées, soit continues, éventuellement recyclées). Les références bibliographiques sont reportées dans la partie .
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Biodégradabilité
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4. Comportement au feu
pour plus d’information sur le comportement au feu des plastiques et des composites, le lecteur pourra se reporter aux articles Combustion des plastiques , Retardateurs de flamme , Comportement au feu des composites [AM 5 230].
Dans le cas des composites renforcés par des fibres de verre, il est commun d’observer une dégradation des propriétés au feu en présence de fibres, en particulier une diminution du temps d’ignition et une augmentation de la durée maximale d’inflammation du matériau selon le « test de gouttes » régi par la norme NF P92-505. Généralement, ce comportement s’accompagne d’une chute de l’indice limite d’oxygène (ou ILO) (norme ISO 4589-2/1996F) qui est la concentration minimale en oxygène nécessaire pour l’obtention d’une inflammation stable. Les fibres de verre exercent aussi une forte influence sur les régimes de combustion du matériau en accélérant la vitesse de perte de masse à l’ignition et en augmentant le flux calorifique après ignition [175]. Plusieurs hypothèses peuvent être émises pour expliquer ces variations, comme une propagation facilitée de la chaleur le long des fibres de verre par effet de conduction thermique ou « effet de mèche » ou une inflammation de l’ensimage des fibres pouvant conduire à une décohésion à l’interface fibre/matrice qui permet une circulation d’oxygène et le transport de volatils combustibles.
Dans le cas des composites, industriellement, une voie d’amélioration des propriétés au feu consiste en l’introduction d’un système retardateur de flamme dans la matrice polymère qui puisse agir, soit en phase gazeuse, soit en phase condensée, soit dans les deux phases, lors de la combustion du composite. Il peut également être possible d’effectuer un choix du traitement de surface de la fibre agissant de manière synergétique avec ce système retardateur de flamme (tableau 5) [176]. Il est évident que dans tous les cas, les performances mécaniques du composite ne doivent pas être dégradées.
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