Etude de la cristallisation et de la trans-cristallisation lors de la mise en œuvre du polypropylène renforcé par fibres de verre - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2022

Study of crystallization and trans-crystallization during the processingof glass fiber reinforced polypropylene

Etude de la cristallisation et de la trans-cristallisation lors de la mise en œuvre du polypropylène renforcé par fibres de verre

Abstract

The objective of this thesis is to study the influence of processing parameters, particularly the cooling rate, on the morphology and mechanical properties of pure and glass-filled polypropylene. A study of the damage as a function of the semi-crystalline morphology of the polymer and of the fiber-matrix interface/interphase was conducted. During the non-isothermal crystallization phase at different cooling rates, a variation in the sizes and morphology of the crystalline entities was observed at the pure polymer and at the transcrystalline phase at the fiber-matrix interphase. A follow-up of the evolution of the microstructures as a function of time has been performed. This allowed to develop a model describing the crystallization kinetics. Loaded and unloaded polypropylene thin films with controlled microstructures were produced and mechanically stressed in different ways and the deformation and damage phenomena were analyzed in situ using a micro-traction machine developed in the laboratory. The dependence of the damage mechanisms on the spherulite diameters and the mechanical test conditions was established. The deformation mechanisms and intra and inter spherulitic damage were analyzed qualitatively and quantitatively according to the controlled morphologies produced for the polymer and for the composite, especially at the level of the transcrystalline phase. The results obtained clearly showed an increase of the interfacial adhesion with the decrease of the cooling rate and the increase of the thickness of the size of the transcrystalline phase. Moreover, it was shown that the development of the transcrystalline phase due to the presence of a fiber produced an increase in the nucleation time and a decrease in the crystallization kinetics which result in a decrease in the average size of the spherulites and consequently an increase in the modulus but a facilitation of the matrix damage. All these results suggest ways to improve the mechanical properties of semi-crystalline thermoplastic matrix composites through the control of the parameters of the elaboration process influencing the crystalline and transcrystalline morphologies which condition the deformation and the local damage of the various phases.
La présente thèse a pour objectif d’étudier l’influence des paramètres de mise en œuvre particulièrement la vitesse de refroidissement sur la morphologie et les propriétés mécaniques du polypropylène pur et chargé de fibres de verre. Une étude de l’endommagement en fonction de la morphologie semi-cristalline du polymère et de l’interface/interphase fibre-matrice a été menée. Lors de la phase de cristallisation non-isotherme à différentes vitesses de refroidissement, une variation des tailles et de la morphologie des entités cristallines a été observée au niveau du polymère pur et au niveau de la phase transcristalline à l’interphase fibre-matrice. Un suivi de l’évolution des microstructures en fonction du temps a été réalisé. Ceci a permis de développer un modèle décrivant la cinétique de cristallisation. Des films minces de polypropylène chargés et non chargés ayant des microstructures contrôlées ont été réalisés puis sollicités mécaniquement de différentes façons et les phénomènes de déformation et d’endommagement analysés in situ à l’aide d’une machine de micro-traction développée au sein du laboratoire. La dépendance des mécanismes d’endommagement vis-à-vis des diamètres de sphérulites et des conditions d’essais mécaniques a été établie. Les mécanismes de déformation et d’endommagement intra et inter sphérolitique ont été analysés qualitativement et quantitativement en fonction des morphologies contrôlées produites pour le polymère et pour le composite notamment au niveau de la phase transcristalline. Les résultats obtenus ont clairement montré une augmentation de l’adhésion interfaciale avec la diminution de la vitesse de refroidissement et l’augmentation de l’épaisseur de la taille de la phase transcristalline. Par ailleurs, on a montré que le développement de la phase transcristalline du à la présence d’une fibre produisait une augmentation du temps de nucléation et une diminution de la cinétique de cristallisation qui ont pour conséquence une diminution de la taille moyenne des sphérolites et par conséquent une augmentation du module mais une facilitation de l’endommagement matriciel. L’ensemble de ces résultats suggère des voies d’amélioration des propriétés mécaniques des composites à matrice thermoplastique semi-cristalline à travers la maîtrise des paramètres du procédé d’élaboration influant sur les morphologies cristalline et transcristalline qui conditionnent la déformation et l’endommagement local des différentes phases.
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Dates and versions

tel-04045362 , version 1 (24-03-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04045362 , version 1

Cite

Samia Nouira. Etude de la cristallisation et de la trans-cristallisation lors de la mise en œuvre du polypropylène renforcé par fibres de verre. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. HESAM Université; Université de Sousse (Tunisie), 2022. Français. ⟨NNT : 2022HESAE054⟩. ⟨tel-04045362⟩
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