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06 juillet 2020 - Influence de la polarité de la matrice sur la rupture de fibres dans un composite

06 juillet 2020 - Influence de la polarité de la matrice sur la rupture de fibres dans un composite
Les composites à matrice thermoplastique renforcés par des fibres lignocellulosiques (lin, chanvre…) se développent en raison du caractère renouvelable de ces fibres et de leur faible densité, ce qui permet d’obtenir des matériaux à la fois légers et résistants mais il est nécessaire de comprendre l'influence de ces fibres sur les propriétés mécaniques.

Des modèles décrivant la rupture des fibres pendant le processus de mélange à l'état fondu ont été établis par FARE et appliqués pour prédire les changements de taille des fibres lors du mélange des composites en extrusion. Dans cette étude, l'influence de la matrice a été caractérisée en comparant les résultats obtenus avec du polypropylène (PP) non polaire et du poly(succinate de butylène) (PBS) polaire, de viscosité similaire. Pour des fibres de lin et de chanvre, des changements de morphologie (en longueur et diamètre) ont été caractérisés pour diverses conditions de traitement thermomécanique.

Quelles que soient les conditions opératoires, la rupture des fibres est plus importante avec la matrice PBS. De plus, le comportement rhéologique des composites est également très différent, indiquant des interactions spécifiques entre les fibres et les matrices. Pour étudier ces interactions, la microscopie à force atomique (AFM) a été utilisée pour mesurer l'adhésion entre les différentes matrices à l’aide d’une pointe AFM fonctionnalisée avec de la cellulose nanocristalline. Les valeurs d'adhérence mesurées confirment une meilleure interaction entre la cellulose nanocristalline et la matrice PBS par rapport à celle en PP. Ces résultats originaux montrent pour la première fois l’influence de la polarité du polymère sur l’importance des mécanismes de rupture des fibres lignocellulosiques.

Ce travail est le fruit d'une collaboration entre FARE, l’Université de Bordeaux et MINES ParisTech.

Contact : Pr Françoise Berzin, francoise.berzin@univ-reims.fr

Lire : Berzin F, Lemkhanter L, Marcuello-Angles C, Chabbert B, Aguié V, Molinari M, Castellani R, Vergnes B*. Influence of the polarity of the matrix on the breakage mechanisms of lignocellulosic fibers in twin screw extrusion. Polymer Composites 2020, 41, 1106-1117, 2020 DOI