Effect of graphene filler on the mechanical, electrical, and thermal properties of polymer composite

Résumé

Les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) forment des composants essentiels dans de nombreux types de véhicules tels que les avions, les engins spatiaux, les sous-marins et les véhicules de transport. Ils atteignent des propriétés mécaniques comparables aux métaux ordinaires, mais avec une densité plus faible. Cela permet aux véhicules de devenir plus légers, ce qui réduit la consommation de carburant, la pollution de l'air et les coûts associés. Les chercheurs ont démontré que la défaillance de la pièce composite est souvent due à un défaut à d'interface fibre / matrice. La qualité de collage de la matrice est un facteur critique qui dicte les propriétés structurelles globales. Ainsi, l'amélioration de la matrice d'un composite polymère présente un vif intérêt pour bonifier les propriétés mécaniques des matériaux CFRP. Les matériaux CFRP sont des composites à base de fibre de carbone. La conductivité électrique et thermique de la fibre de carbone sont extrêmement élevées. Cependant, les matrices polymère sont des matériaux isolants qui réduisent considérablement les conductivités électriques et thermiques de l'ensemble du composite CFRP. La conductivité thermique est un facteur clé dans l'usinabilité des CFRP. Une conductivité plus élevée dissipe la chaleur de la pièce usinée et de l'outil de coupe. Cela réduit la température de coupe et prolonge la durée de vie de l'outil de coupe. Dans cette étude, nous visons à améliorer les propriétés mécaniques du CFRP et les conductivités thermique et électrique de la matrice époxy par l'incorporation de particules de graphène dans la matrice. Dans la première partie de ce travail, les propriétés électriques des composites avec cinq concentrations de graphène différentes (0, 3, 5, 7 et 10 wt. %) ont été évaluées par spectroscopie diélectrique à large bande (BDS). Les résultats démontrent une amélioration d’un facteur quatre entre 10-15 a 10-14 à 10 wt. % de charge de graphène et le seuil de percolation a été atteint avec seulement 7 wt. %. La conductivité thermique a été évaluée qualitativement par la calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Les échantillons avec 10 wt. % de graphène ont montré une réduction d'environ 16% de leur capacité thermique spécifique qui peut se traduire par une amélioration de la conductivité thermique. En termes de propriétés mécaniques, une méthode de fabrication appropriée du CFRP a été développée. Cette approche conduit à une fraction volumique de fibre cohérente avec un niveau de vide minimum et une bonne dispersion de graphène. Avec ce procédé, l'impact du graphène sur les propriétés mécaniques du CFRP peut être évalué avec précision. Sept concentrations de graphène allant de 0 wt. % à 3 wt. % ont été testés. L’échantillons avec 0,25 wt. % ont montré la meilleure résistance à la flexion et au cisaillement inter laminaire avec une amélioration de 5%.

Date	7 déc. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Jean-François Chatelain (Directeur(-trice)) & Gilbert Lebrun (Codirecteur(-trice))