Propriétés thermiques des composites

Les composites polymères renforcés de fibres sont souvent utilisés comme composants structurels qui sont exposés à des chaleurs extrêmement élevées ou faibles. Ces applications comprennent:

• Composants de moteur automobile
• Produits aérospatiaux et militaires
• Composants électroniques et de circuits imprimés
• Équipements pétroliers et gaziers

Les performances thermiques d'un composite FRP seront le résultat direct de la matrice de résine et du processus de durcissement. Les résines isophtaliques, vinylester et époxy ont généralement de très bonnes propriétés de performance thermique. Alors que les résines orthophtaliques présentent le plus souvent de mauvaises propriétés de performance thermique.

De plus, la même résine peut avoir des propriétés très différentes, selon le processus de durcissement, la température de durcissement et le temps de durcissement. Par exemple, de nombreuses résines époxy nécessitent un "post-durcissement" pour atteindre les caractéristiques de performance thermique les plus élevées.

Un post-durcissement est la méthode consistant à ajouter de la température pendant une durée à un composite après que la matrice de résine a déjà durci par la réaction chimique thermodurcissable. Un post-durcissement peut aider à aligner et organiser les molécules de polymère, augmentant encore les propriétés structurelles et thermiques.

Tg - La température de transition vitreuse

Les composites FRP peuvent être utilisés dans des applications structurelles qui nécessitent des températures élevées, cependant, à des températures plus élevées, le composite peut perdre ses propriétés de module. Cela signifie que le polymère peut "ramollir" et devenir moins rigide. La perte de module est progressive à des températures plus basses, cependant, chaque matrice de résine polymère aura une température qui, une fois atteinte, le composite passera d'un état vitreux à un état caoutchouteux. Cette transition est appelée «température de transition vitreuse» ou Tg. (Communément appelé dans la conversation "T sub g").

Lors de la conception d'un composite pour une application structurelle, il est important de s'assurer que la Tg du composite FRP sera supérieure à la température à laquelle il pourrait être exposé. Même dans les applications non structurelles, la Tg est importante car le composite peut changer cosmétiquement si la Tg est dépassée.

La Tg est le plus souvent mesurée en utilisant deux méthodes différentes:

DSC - Calorimétrie à balayage différentiel

Il s'agit d'une analyse chimique qui détecte l'absorption d'énergie. Un polymère a besoin d'une certaine quantité d'énergie pour passer aux états de transition, tout comme l'eau a besoin d'une certaine température pour passer à la vapeur.

DMA - Analyse mécanique dynamique

Cette méthode mesure physiquement la rigidité à mesure que la chaleur est appliquée, lorsqu'une diminution rapide des propriétés du module se produit, la Tg est atteinte.

Bien que les deux méthodes de test de la Tg d'un composite polymère soient précises, il est important d'utiliser la même méthode lors de la comparaison d'un composite ou d'une matrice polymère à un autre. Cela réduit les variables et fournit une comparaison plus précise.