Caractérisation et modélisation des propriétés mécaniques des biocomposites à fibres courtes aléatoires

Résumé

Cette étude consiste à caractériser les propriétés mécaniques en traction, flexion et résistance au choc de trois matériaux biocomposites afin d'évaluer leur aptitude à remplacer des matériaux composites dans des applications automobiles. Les matériaux à caractériser sont constitués de la même matrice (polypropylène (PP) / élastomère polyoléfine (POE), PP/POE [95wt% : 5wt%]) renforcée par trois renforts différents. Les formulations (F1), (F2) et (F3) sont renforcées respectivement par 30wt% de biochar, 30wt% de miscanthus et le troisième renfort est un mélange entre 15wt% de biochar et 15wt% de miscanthus. Pour améliorer l'adhésion entre les renforts et la matrice, 3wt% d'anhydride polypropylène modifié (MAPP) ont été ajoutés aux composites. Les résultats expérimentaux ont montré que les trois renforts améliorent le module d'Young de la matrice. La formulation (F2) a présenté les meilleures propriétés en traction et en flexion par rapport aux deux autres matériaux. En effet les fibres de miscanthus ont augmenté le module d'Young de la matrice de 107% et la résistance en traction de 10,51%. Ces proprieties en traction sont meilleures que celles du matériau commercialisé RTP 132 UV. Le bicomposite hybride (F3) a aussi augmenté le module d'Young de la matrice de 70% et a maintenu Presque la même résistance en traction du PP/POE. Le biocomposite renforcé par le biochar (F1) a amélioré la rigidité de la matrice de 34% mais il a diminué sa résistance de 8%. Par contre, ces renforts ont diminué la résistance au choc de la matrice. En comparant les résultats expérimentaux de l'essai Izod sans entaille des trois biocomposites, la formulation renforcée par le biochar (F1) a présenté la meilleure résilience, mais elle reste toujours loin de celle du matériau commercialisé. L'homogénéisation numérique par la méthode des éléments finis a permis de prédire les modules d'Young de ces biocomposites aléatoirement renforcés. Le logiciel commercial Digimat® a été utilisé pour générer le volume élémentaire représentatif 3D (VER) et pour calculer les modules d'Young du composite. La taille critique du VER est environ deux fois la longueur de la fibre en utilisant les conditions aux limites périodiques. Les résultats numériques ont montré une bonne concordance avec les résultats expérimentaux des biocomposites de cette étude.

Date	2 oct. 2018
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Anh Dung Ngô (Directeur(-trice)) & Manjusri Misra (Codirecteur(-trice))