Caractérisation des propriétés thermiques d’un matériau composite thermoplastique
Le comportement des matériaux aéronautiques soumis au feu est étudié dans le but de mieux préparer la certification des structures pour les applications avion ou moteur. L’apparition de matériaux composites a permis de développer de nouvelles structures plus légères. Il est alors nécessaire de comprendre les phénomènes qui se produisent lorsqu’ils sont soumis à un événement feu.
Dans le cadre du projet PHYFIRE2, un matériau composite thermoplastique a été complètement caractérisé du point de vue de ses propriétés thermiques. Le comportement thermochimique est étudié à très petite échelle pour identifier un modèle de dégradation par des essais dans un analyseur thermogravimétrique. Cet instrument permet de caractériser la perte de masse en fonction de la température et sous atmosphère inerte ou oxydante pour séparer les différentes réactions chimiques. Dans un deuxième temps, les essais sont réalisés à l’échelle du matériau pour caractériser la conductivité thermique orthotrope et la capacité calorifique, en fonction de la température. Un faisceau laser de faible puissance est utilisé pour chauffer l’échantillon et la température de la face opposée est acquise par thermographie infrarouge. Une méthode d’optimisation permet l’identification simultanée des quatre propriétés thermophysiques recherchées. Pour mener à bien ces essais, il est nécessaire d’effectuer une caractérisation préalable des propriétés thermo-optiques pour connaître l’émissivité spectrale.
Le matériau sélectionné présente trois réactions de dégradations successives : pyrolyse de la résine qui crée un résidu nommé char, puis deux réactions d’oxydation du char et des fibres. Le matériau se présente donc sous deux états : matériau vierge (résine + fibres) et matériau dégradé (char + fibres). Pour que le modèle thermique soit complet, les essais de caractérisation des propriétés thermophysiques doivent être réalisés sur les états vierge et dégradé.
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