L'objectif de cette recherche est la conception et l'analyse d'un ensimage pour composites structuraux PEKK/Fibres de carbone (FC) continues. Les oligomères de PEKK (oPEKK) ont été synthétisés en laboratoire pour définir les caractéristiques physico-chimiques permettant leur utilisation comme agent d'ensimage. A partir de ce cahier des charges, un oligomère " pilote " a pu être synthétisé afin de mener des études sur la formulation de l'ensimage. A partir d'une étude quantitative de relation structure-propriété (QSPR) et des réseaux de neurone artificiels (ANN), le développement et l'optimisation d'une formulation d'ensimage " solvantfree " ont été réalisés Le dépôt de cet ensimage a été effectué selon deux protocoles : nous avons ainsi réalisé un " ensimage laboratoire " et " ensimage sur pilote ". Les performances mécaniques des composites PEKK/FC ensimés oPEKK ont été étudiées par analyse mécanique dynamique (AMD) ; quel que soit le protocole, l'ensimage optimise les performances mécaniques de manière significative. Il est intéressant de souligner que l'" ensimage sur pilote " est plus efficace que l'" ensimage laboratoire ". Outre, l'intérêt de l'ensimage au niveau de la mise en œuvre des composites, le transfert de contraintes fibre/ matrice est optimisé ce qui se traduit par une augmentation des modules mécaniques conservatif et dissipatif. / The objective of this research is to design and analyze a sizing for PEKK / continuous carbon fiber (CF) structural composites. PEKK oligomers (oPEKK) were synthesized in the laboratory to define the physicochemical characteristics allowing their use as a sizing agent. From these specifications, a "pilot" oligomer was synthesized in order to carry out studies on the sizing formulation. From a study of quantitative structure-property relationship (QSPR) and artificial neural networks (ANN), the development and optimization of a "solvent-free" sizing formulation was performed. The deposit of this sizing was achieved according to two protocols: we thus produced a "laboratory sizing" and "pilot sizing". Mechanical performances of PEKK / CF without and with oPEKK sizing composites were studied by dynamic mechanical analysis (DMA). Whatever the protocol is, the sizing optimizes the mechanical performances significantly. It is interesting to note that "pilot sizing" is more efficient than "laboratory sizing". Besides the advantage of sizing for fiber placement in composite processing, the fiber / matrix stress transfer is optimized. Then, it results in an increase of both storage and loss modulus.

Le but de ce travail est d'élaborer des composites structuraux fibres de carbone/polymère/fils métalliques avec des propriétés électriques transverses élevées. Dans un premier temps, des fils submicroniques d'argent (AgNWs) à haut facteur de forme ont été élaborés par le procédé polyol en présence de poly (vinyl pyrrolidone). Ces fils seront par la suite incorporés dans une matrice thermoplastique haute performance de type poly éther ketone ketone (PEKK). L'influence de la chimie et de la structure physique sur les propriétés du PEKK ont fait l'objet d'une étude. Les composites submicroniques conducteurs (PEKK/AgNWs) élaborés présentent un faible seuil de percolation (0,6 % vol) et une conductivité élevée de l'ordre de 200 S.m-1. L'influence des fils sur les propriétés du PEKK a été étudiée. Par la suite, des composites renforcés en fibre de carbone FC/PEKK/AgNWs ont été mis en œuvre. Ces composites présentent un bon état d'imprégnation et une distribution homogène des fils. La conductivité transverse de la nappe FC/PEKK est augmentée de 4 décades par la dispersion des fils d'argent. / The aim of this work is to elaborate structural composites carbon fiber/polymer/metallic nanowires with high transverse electrical conductivity. First, silver nanowires (AgNWs) with high aspect ratio were synthesized through the polyol process in presence of poly (vinyl pyrrolidone). Those nanowires were inserted in the high performance thermoplastic polymer PEKK. The influence of the chemical and physical structure on PEKK properties will be discussed. PEKK/AgNWs composites showed a very low percolation threshold (0.6 vol %) and reach high electrical conductivity values of 200 S.m-1. Influence of the content filler in PEKK matrix was studied. Then, carbon fiber reinforced composites FC/PEKK/AgNWs were performed with good quality impregnation and good dispersion of AgNWs through the composite. The conductivity of the single tape CF/PEKK was increased by 4 orders of magnitude with the presence of AgNWs.

Les composites sont devenus des matériaux courants dans l’industrie dès lors que la performance est recherchée. Les matrices polymères renforcées de fibres de verre ou de carbone sont utilisées dans l’aéronautique, l’automobile et le sport pour leurs propriétés spécifiques très élevées. Depuis peu, les fibres naturelles sont envisagées comme renforts pour les matériaux polymères pour concilier performance et écologie. Cependant, l’utilisation de pièces structurales utilisant des fibres végétales se heurte à un inconvénient majeur : leur vieillissement rapide causé par une forte sensibilité à l’humidité. Dans ce mémoire, nous avons cherché à estimer la durée de vie de ces composites à travers une caractérisation de l’endommagement en atmosphère humide du matériau, et une modélisation de son absorption d’humidité. Parmi les différentes fibres végétales disponibles, le lin a été choisi pour renforcer une matrice acrylique de la gamme « Elium ». Cette acrylique de nouvelle génération est un thermoplastique dont la polymérisation peut s’effectuer à froid par ajout d’un catalyseur au même titre que la plupart des thermodurcissables, et permet donc une bonne imprégnation des fibres, et évite tout endommagement thermique des fibres de lin. L’impact du vieillissement hygrothermique du composite sur ses propriétés mécaniques a été étudié en sollicitant le matériau à des cycles d’humidité. Ce protocole a permis de différencier deux effets du vieillissement : la plastification du composite causée par la présence de molécules entre les chaînes polymériques, et l’endommagement de la structure par fragilisation de l’interface fibre/matrice et l’oxydation de la cellulose. Le premier effet est réversible par séchage alors que le second est permanent, et est le plus dommageable pour la structure. Une loi de comportement hydromécanique a pu être déduite de ces essais, et sera utilisée en parallèle d’un modèle de diffusion par éléments finis afin de déterminer l’évolution à long terme des propriétés du composite soumis à un environnement réel. Le modèle prédit une baisse de plus de 50% du module élastique, et 60% de la contrainte à rupture après un temps d’utilisation de seulement un an. Néanmoins, le modèle utilisé se base sur de nombreuses hypothèses, notamment concernant la sensibilité de l’endommagement hydrique à la température. Une étude complémentaire est donc nécessaire afin de définir une réelle durée de vie de ces matériaux / Today, when high performance is required, composite materials are a common solution. Glass fibers or carbon fibers reinforced polymers are mostly used in aeronautic, automotive and sport industries where specific properties are needed. Recently, natural fibers have been considered as a reinforcement for polymers in order to conciliate performance and ecology. However, the production of structural parts with natural fibers face a major drawback: their fast aging caused by a high water sensitivity. In this thesis, we tried to estimate their lifetime through the characterization of the composite water damaging and the modeling of the moisture absorption. Among all the natural fibers available, flax was chosen to reinforce an acrylic matrix from the range Elium®. This new generation acrylic is a thermoplastic whose polymerization can be carried out at room temperature by adding a catalyst, like thermoset polymer are commonly produced. It allows a good fiber impregnation and avoid any thermal damage of the flax fibers during the process. The effect of the hydrothermal aging of the composite on its mechanical properties has been studied by exposing the material to moisture cycles. This protocol allowed us to distinguish two several aging effects: the composite yielding induced by the presence of water molecules into the polymer network and the structure’s damage by weakening the fiber/matrix interface and oxidizing the cellulose. The first effect is reversible by drying the composite, while the second one cause permanent decrease of mechanical properties. An hydromechanical model has been determined from these experiments and has been used with a finite element model of diffusion in order to determine the long-term evolution of the composite’s mechanical properties submitted to a reel environment. The model predicts more than 50% decrease of the composite’s stiffness, and more than 60% decrease of its strength after only one year of use. Therefore, without a proper treatment of the flax fiber for purpose of limiting its water damage, the flax/acrylic composite cannot be used as a structural part