Short fibers composites materials? : relations between orientation factor and mechanical and thermal properties
Matériaux composites à fibres courtes : relation entre facteur d'orientation et propriétés mécaniques et thermiques
Résumé
The behavior of short fibers composite materials depends strongly of the orientation of the fibers. Using magnetic fields, anisotropic composite materials have been elaborated which contained up to 20 vol% of carbon fibers. One aim was to gain a better understanding of the process of orientation in the magnetic field. A model has been formulated to describe the movement of a single fiber which is exposed to a static and an oscillating magnetic field. Other parameters such as viscosity of the liquid polymer, temperature and fiber length were examined as well. The degree of anisotropy of the materials is measured by microscopy coupled to an optical imaging system, this work leading to define a procedure of filtering the image in order to obtain precisely the fiber orientation distribution (function). As well as the thermal conductivity was measured which is related to the three-dimensional orientation. The results from optical and thermal measurements correlate well, but the theoretical models to interpret the thermal conductivity are not yet reliable enough to allow the degree of orientation to be reduced from the measurements. Regarding the mechanical properties the increase of the YOUNG's modulus was measured and correlated with the fiber orientation distribution. Between the mechanical models tested some are found to agree well with the experiments
Le comportement physico-chimique d'un matériau composite à fibres courtes est fortement dépendant de l'orientation de ces dernières. Ce travail, basé sur une méthode d'orientation de fibres de carbone par champs magnétiques consiste à élaborer des matériaux composites anisotropes contenant des taux de fibres d'environ 20%. Dans ce but, une compréhension des phénomènes physiques présents dans la méthode d'orientation sous champs est nécessaire. Une modélisation présentée dans ce travail permet de résoudre l'équation du mouvement d'une fibre seule soumise à un champs à composantes statique et oscillante. De plus, les différents paramètres influençant l'orientation sont évalués. L'anisotropie des matériaux élaborés sous champs est évaluée de façon non destructive à l'aide d'un système d'acquisition couplé à un logiciel de traitement des images. Une procédure de filtrage de l'image a été mise au point de façon à déterminer précisément la fonction de distribution en orientation des fibres. Une méthode de mesure de la conductivité thermique en régime permanent est utilisée afin d'évaluer l'orientation des fibres en trois dimensions. Une bonne corrélation est établie entre l'orientation mesurée par analyse d'image et celle déduite de la conductivité thermique. Néanmoins, il faut constater que les modèles théoriques étudiés sont insuffisants pour déduire le facteur d'orientation de la conductivité thermique mesurée. Enfin, l'influence de l'orientation des fibres sur le module d'élasticité du matériau est mesurée pour différentes natures de fibres et pour différentes résines époxydes (on constate que le gain en module est également corrélé avec le facteur d'orientation). Les résultats sont en accord avec certains modèles théoriques
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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