thesis

Relations morphologiques : propriétés de matrices organiques modifiées et de leurs composites

Defense date:

Jan. 1, 1999

Edit

Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Materials science and engineering

Authors:

Directors:

Abstract EN:

Incorporation of thermoplastic (TP) modifiers bas been proposed as a method for enhancing the fracture strength of brittle epoxy - diamine system and toughness transfer from the matrix to unidirectional composite prepared by filamentary winding has been studied. Phase separation (SP) in initially miscible thermoplastic - epoxy - diamine occurs during the isothermal cure because of the increase in the molar mass of the growing thermoset (TS). TS systems contain two types of epoxy ( diglycidylether of bisphenol A (DGEBA) and triglycidyl of paraaminophenol (TGpAP)) and the hardener considered is a primary diamine, 4,4' –methylene bis[3-chloro 2,6-diethylan. Iline] (MCDEA). TP used are a polyetherimide (PEI), a polyethersulfone (PES) and a styrene-acrylonitrile copolymer (SAN). TP is always added in a 10% of blend content to have a TS continuous matrix. The control of morphologies generated during the reaction - induced phase separation procedure is essential to control the mechanical properties of fmal materials. This requires effective control of cure kinetics and the phase separation process. PEI and PES blends generated TP particulate morphology whereas SAN system generated a more complex structure composed of SAN particles and inverted phase areas with TS particles. The fracture toughness of blends was found to be significantly improved only when SAN is used. The synthesis and the use of backbone functionalized PEI shows an increase in the toughening ofbrittle epoxy matrix and a decrease of the diameters of the dispersed phase is observed. The presence of fibres is found to affect the final material morphology except in the case of grafted PEI system. For PEI systems, the fibres seem to act as a flow barrier to TP whereas in SAN case, the TS seems to accumulate around the fibers and SAN rich areas concentrate between TS layers. As in the matrix case, for composites, SAN based system is found to enhance more than PEI based system.

Abstract FR:

Ce travail concerne l'étude du renforcement d'un réseau thermodurcissable (TD) par un thermoplastique (TP) initialement miscible avec les précurseurs TD ainsi que du transfert de ce renforcement à des composites unidirectionnels élaborés par enroulement filamentaire. Une séparation de phase (SP) intervient pendant la réaction du TD et différents types de morphologies peuvent être générés. Le TD est constitué de deux époxydes, le diglycidyléther du bisphénol A (DGEBA) et le triglycidyl du paraarninophénol (TGpAP). Le durcisseur choisi est l'amine 4,4' -méthylènebis[3-<:hloto 2,6-diéthylaniline] (MCDEA). Trois TP ont été utilisé : le polyétherimide (PEI), le polyéthersulfone (PES) et Je copolymère statistique styrène- acrylonitrile (SAN). Le TP est ajouté en quantité de 10% massique dans le mélange pour avoir une phase continue TD. Le contrôle des morphologies générées au cours de la SP est essentiel pour contrôler les propriétés mécaniques des matériaux. Ceci demande l'étude des cinétiques de réaction et du phénomène de SP. Les morphologies obtenues sont de type particulaire dans le cas du PEI et du PES et particulaire avec des zones d'inversion de phase dans le cas du SAN. Au niveau de la ténacité des systèmes, seul le système avec 10% de SAN est sensiblement renforcé. Nous obtenons par greffage de fonctions amines sur la chaîne du PEI une diminution de la taille des particules de TP et une amélioration significative de la ténacité. L’ajout de fibres modifie les morphologies finales des matrices quelle que soit la nature de la fibre (verre ou carbone) sauf si on utilise du PEI modifié. Pour les systèmes avec du PEI, la fibre semble jouer un rôle de barrière et arrête le TP qui s'accumule le long des fibres. Un gradient de morphologie se développe entre les. Fibres. Pour les systèmes à base de SAN, une importante interface riche en TD se forme le long des fibres et le SAN se concentre loin des fibres. Au niveau du renforcement des composites, la même tendance que pour les systèmes sans fibres est observée.