La polymérisation amorcée sous rayonnement ionisant est un procédé hors-autoclave prometteur pour la fabrication de structures de matériaux composites à hautes performances. Les faisceaux d’électrons en particulier peuvent amorcer les processus de polymérisation radicalaire de monomères à base acrylate. Cependant, les matériaux composites obtenus présentent une faiblesse au niveau des propriétés transverses et en particulier dans le sens perpendiculaire aux fibres de carbone. L’objectif de ce projet de recherche vise à améliorer les performances transverses de ces composites par le biais d’une modification de la surface des fibres de carbone. Cet objectif doit être atteint en premier lieu par la réalisation d’une étude de l’influence de la chimie présente à la surface des fibres de carbone sur la polymérisation amorcée sous rayonnement ionisant des matrices de ces composites. Nous avons cherché à comprendre comment la polymérisation intervenant à l’interface fibre / matrice pouvait être influencée et ainsi proposer une solution de modification de surface permettant de diminuer ou de contrer les effets inhibiteurs identifiés et quantifiés. Ensuite, l’objectif doit être atteint par la formulation et la mise au point à l’échelle laboratoire et pré-industrielle de solutions d’ensimage de fibres de carbone afin de permettre l’amélioration de la qualité de l’interface fibre / matrice par la création d’une interphase chimique et en particulier par la création d’une chimie covalente. Nous avons mis au point deux familles de formulations d’ensimage dont une s’est avérée compatible avec les procédures industrielles de traitement d’ensimage sur fibre de carbone. Finalement, la mise en émulsion à base aqueuse de ces formulations a permis d’améliorer le niveau d’industrialisation de la solution de modification de surface et la réalisation de matériaux démonstrateurs a démontré l’amélioration des performances. / Polymerization under high energy radiation is a promising alternative to autoclave processing for manufacturing high-performance composite materials. Electron beam can initiate free radical polymerization processes of acrylate-based matrix. However, the comparison with state-of-the-art thermally cured composites reveals the lower transverse mechanical properties of radiation-cured composites. The aim of this project was to improve the transverse mechanical properties of these radiation-cured composites by a surface modification of carbon fiber. We have investigated several points related to these issues, and particularly we have inquired about the influence of the chemistry present at the surface of the carbon fiber on the polymerization step initiated under irradiation curing. We tried to have a better understand on their influence on the polymerization and on the curing process based on radiation-induced free radical chemistry. Then, the next step deals with the formulation of a surface modification treatment applied by sizing in order to improve the interface quality with the creation of an interphase and even better a covalent link between the fiber and the matrix. We worked on the compatibility of this formulation with the industrial process and we propose aqueous and non-aqueous-based emulsion processes to apply the surface treatment. Finally, demonstrator materials were manufactured and the mechanical properties in the fiber transverse direction were measured. The obtained results illustrate the efficiency of our surface modification solution on the mechanical performance of acrylate-based radiation cured composites.

Production of construction materials requires a large amount of energy. That can be decreased by using of waste materials. This thesis deals with the self-sensing properties of composites. It presents electrical properties of building materials and their measurement. In the experimental part, the influence of conductive fillers on the self-sensing properties of aluminosilicate composites was examined. Test cubes were made of alkali-activated slag with a content of graphite powder, carbon black, carbon fibers, steel fibers or carbon nanotubes. The fractional change in resistence during cyclic compressive loading was monitored.

Diplomová práca sa zaoberá prípravou teromplastických kompzoitov s PMMA a PC matricou s potenciálnym využitím v automobilovom priemysle. Ako výstuž boli použité krátke sklenené, uhlíkové a PBO (poly(p-fenylén benzobisoxazol)) vlákna známe pod obchodným názvom Zylon®. Práve do PBO vlákien boli vkladané veľké nádeje vzhľadom na ich ohromujúce mechanické vlastnosti. Vplyv objemového zlomku vlákien na modulu pružnosti, pevnosť a ťažnosť kompozitov bol skúmaný. Experimentálne zistený modul pružností bol porovnaný so semi-empirickým Halpin-Tsai modelom. Prídavok sklenených a uhlíkových vlákien viedol k značnému zvýšeniu modulu pružnosti. Ukázalo sa, že po istej hodnote objemového zlomku dochádza k poklesu pevností kompozitov v dôsledku zvyšujúceho sa počtu defektov. Prídavok PBO vlákien preukázal len nepatrný vystužujúci efekt. Viskoelastické vlastností kompozitov boli skúmané pomocou dynamicko mechanickej analýzy (DMA). Termogravimetrická analýza (TGA), konfokálna laserová rastrovacia mikroskopia (CLSM) a rastrovacia elektrónová mikroskopia (SEM) boli využité k štúdiu štruktúry kompozitov.

Die Wiederverwendung von Carbonfasern gewinnt angesichts steigender Ressourcenknappheit und Klimaschutzbestrebungen zunehmend an Bedeutung. Insbesondere die ganzheitliche Betrachtung von geschlossenen Stoffkreisläufen erreicht im Bauwesen einen immer höheren Stellenwert. Durch das Aufbereiten und In-Form-Bringen von Carbonfasern zu Halbzeugen wird der noch offene Stoffkreislauf geschlossen. Aufgrund von unterschiedlichen technologischen Hürden unterliegt die konstante Herstellung von Stäben und Gelegen aus recycelten Carbonfasern bei gleichbleibender Qualität noch großen Schwankungen. Ziel der Forschung ist die Untersuchung und Charakterisierung von Carbonstäben und Carbongelegen aus recycelten Fasern im Vergleich zu Halbzeugen aus neuen Carbonfasern.

Im Rahmen experimenteller Untersuchungen wurden Stahlbetonplatten hergestellt, mit verschiedenen textilen Bewehrungen verstärkt, mit 125 % Gebrauchslast vorgeschädigt und anschließend unter Gebrauchslast mit einer Brandbelastung nach der Einheitstemperaturkurve (ISO-834, Cellulosic curve) beaufschlagt. Alle Platten hielten der Brandbelastung bei gleichzeitiger Biegebeanspruchung mehr als 60 Minuten stand und zeigten weder Betonabplatzungen noch andere optische Schädigungen auf. Die für dieses überraschend positive Ergebnis verantwortlichen Mechanismen werden diskutiert, sind aber noch nicht vollständig verstanden. Eine Schlüsselrolle spielt dabei vermutlich das gute Rissverhalten von Textilbeton und interne Umlagerungen zwischen Textil und Stahlbewehrung.

It was found that a significant improvement of mechanical properties of CFRPs can be achieved by the adjustment of the matrix properties such as toughness and CF/matrix adhesion via the chemical modification, as well as the physical modification by a small amount of cheap and environment-friendly nano fibers. Based on investigation of fracture mechanisms at macro/micro scale, the effects of matrix properties and nano fiber on the mechanical properties of CFRP have been discussed. Subsequently, the relationship has been characterized by a numerical model to show how to modulate the parameters of the matrix properties to achieve excellent fatigue properties of CFRP. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University