Contrôle de l'alignement des nanotubes de carbone multiparois à l'intérieur d'un polymère et d'un matériau composite multi-échelles à l'aide d'un champ électrique

Les matériaux composites possèdent de très bonnes propriétés mécaniques tout en étant extrêmement légers, ce qui fait d'eux un excellent choix pour remplacer les structures métalliques des aéronefs. Ces matériaux possèdent cependant une conductivité électrique faible comparée aux métaux, limitant leur utilisation pour des applications électriques telles que les systèmes de retour de courant. Les composites à fibres de carbone, par exemple, possèdent une conductivité électrique dans le sens des fibres relativement élevée, mais la résistance entre les plis réduit la conductivité électrique à travers l'épaisseur par un facteur 1000. Cela résulte à une mauvaise diffusion du courant dans l'épaisseur et une génération de chaleur lorsqu'un courant électrique est injecté dans un panneau. Pour cette raison, la conductivité électrique des composites doit être améliorée pour que ces matériaux soient utilisés pour des applications électriques. Ce mémoire présente une méthode pour améliorer la conductivité électrique des composites dans un sens préférentiel, c'est-à-dire perpendiculaire aux plis. Ainsi, des nanotubes de carbones (NTCs) multiparois ont été intégrés à la matrice du composite pour fabriquer des composites multi-échelles. Un champ électrique a été utilisé pour contrôler la distribution des NTCs. Les expériences d'alignement sur l'époxy renforcé à 0.01 % massique ont montré une réduction de la résistivité électrique par quatre ordres de grandeur. Cette baisse de résistivité est associée à la formation d'une microstructure filamentaire allant d'une électrode à l'autre, créant un chemin de conduction préférentiel. Par la suite, le procédé de « hand lay-up » a été modifié afin de permettre l'application d'un champ électrique pendant la fabrication de composites. Ainsi, en appliquant un champ de 60V/mm, il a été possible d'améliorer la conductivité électrique à travers l'épaisseur du matériau par 36 % et 99 % en utilisant une concentration de NTCs de 0.01 % et 0.1 % massique, respectivement. Cette amélioration, plutôt modeste, ne permet pas encore d'atteindre une diffusion du courant suffisante, mais il s'agit d'une méthode potentielle pour y parvenir. Enfin, ce projet montre le potentiel d'utiliser un champ électrique pour aligner des NTCs et ainsi augmenter la conductivité électrique des composites multiéchelles tout en gardant une concentration massique faible de nanoparticules. De plus, cette méthode à l'avantage d'être facilement exploitable avec différents procédés de fabrication des composites couramment utilisés dans l'industrie.