Rheology and microstructures of thermoset polymer composites filled with mineral fillers and reinforced with short glass fibres

Rhéologie et microstructures des matériaux composites à matrice polymère thermodurcissable chargée minéralement et renforcée par des fibres de verre

Thai Hung Le (1)

1 3S - Laboratoire Sols, Solides, Structures

In this work, the rheology and the microstructures of thermoset polymer composites reinforced with glass fibres, such as Bulk Moulding Compounds (BMC) and Sheet Moulding Compounds (SMC), are analysed. Firstly, the rheology of BMC is studied by using dedicated simple and plane strain compression rheometers. Experimental results emphasize the influences of the strain rate, the type of mineral fillers, the volume fraction of fibres as well as the temperature on the BMC rheology. 1D and 3D non-linear viscoelastic rheological models are proposed to reproduce the behaviour of BMC. Secondly, the microstructures of compression moulded SMC plates are analysed by using X-ray phase contrast microtomography. The influences of processing conditions on residual porosity, matrix migration, breakage, bending, compression and orientation of glass-fibre bundles are underlined, allowing a discussion on the relevance of assumptions used to establish rheological models proposed in the literature.

Dans ce travail, on analyse la rhéologie et les microstructures des matériaux composites à matrice polymère thermodurcissable renforcée par des fibres de verre tels que les Bulk Moulding Compounds et Sheet Moulding Compounds (SMC). Dans un premier temps, la rhéologie des BMC est analysée sur des rhéomètres spécifiques en compressions simple et en déformation plane. Les résultats expérimentaux soulignent les influences de la vitesse de déformation, du type de charge, du taux de fibres et de la température sur la rhéologie des BMC. Des modèles viscoélastiques non linéaires 1D et 3D sont alors proposés pour reproduire la réponse de ce matériau. Dans un deuxième temps, les microstructures de plaques de SMC comprimées industriellement sont analysées par microtomographie à rayons X, en utilisant le mode de contraste de phases. Les influences des conditions de moulage sur les porosités résiduelles, les migrations de matrice, l'intégrité, la flexion, l'écrasement et l'orientation des mèches de fibres de verre sont mises en exergue et permettent d'(in)valider les hypothèses des modèles rhéologiques de la littérature.

Keywords: Rheology; Simple compression; Plane strain compression; X-ray microtomography; Phase contrast; Fibrous microstruture; Porosity.

Keywords: Porosité; SMC; BMC; Rhéologie; Compression simple; Compression en déformation plane; Microtomographie à rayons X; Contraste de phase; Microstruture fibreuse; Porosité.

Domains: Mechanics [physics.med-ph]

Thai Hung Le. Rhéologie et microstructures des matériaux composites à matrice polymère thermodurcissable chargée minéralement et renforcée par des fibres de verre. Mécanique [physics.med-ph]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00369701⟩