Study of the carbonization of cellulosic fibers
Etude de la carbonisation de fibres cellulosiques
Résumé
Isotropic carbon fibres obtained from cellulosic precursors are used in the aerospace industry as structural reinforcements for ablative materials. They are generally developed by a process which is characterized by a slow pyrolysis stage. This work emphasizes the advantages of the use of siloxane additives during the development of this type of fibres. On the one hand, siloxane additives allow the carbonization of a wide variety of regenerated cellulosic fibres, with a fast process, by reducing the connection between fibres. On the other hand, this additives cause an enhancement of the tensile strength of the carbon fibre. Il is also possible, using siloxane additives, to apply a rnechanical tension to the fibre during the whole carbonization, and consequently to improve the rigidity of the carbon fibre. We have finally developed a wide variety of carbon fibres, which have unusual mechanical properties for fibres derived from cellulose and carbonized at 1200°C. We have also identified the physicochemical processes occuring between the fibre and the additive during the carbonization by (i) the study of the effects of siloxane additive (which
have different chemical strucures and physical properties) on the mechanical properties and (ii) by the study of chemical interaction between siloxane and glucose compounds versus temperature.
Les fibres de carbone isotropes issues des précurseurs cellulosiques sont utilisées comme renfort des matériaux d'ablation de l'industrie aérospatiale. Elles sont conventionnellement élaborées selon un procédé caractérisé par une étape de pyrolyse lente. L'utilisation d'additifs organosiliciés lors de l'élaboration de ce type de fibres de carbone présente des avantages indéniables, mis en évidence au cours de ce travail de thèse. D'une part, elle rend possible, en évitant les collages interfibreux, la carbonisation de différents précurseurs, couvrant la gamme des celluloses régénérées, selon un procédé original caractérisé par une durée courte de l'étape de pyrolyse. D'autre part, elle améliore significativement la résistance à rupture des fibres de carbone. Enfin, elle permet l'application d'une tension mécanique pendant l'ensemble de la carbonisation, et l'amélioration de la rigidité des fibres de carbone qui en découle. Il a été ainsi possible, en exploitant les effets des additifs organosiliciés, d'élaborer un ensemble de fibres ex-cellulose qui présente une grande étendue de caractéristiques mécaniques, inhabituelles pour ce type de fibres de carbone élaborées à 1200ʿC. De plus, l'étude conjointe (i) de l'effet de différents additifs organosiliciés (se distinguant par leurs caractéristiques physiques et leur structure chimique) sur les propriétés mécaniques des fibres et des fils, et (ii) de l'interaction. Chimique se produisant entre l'additif et la fibre au cours du traitement thermique a permis d'identifier les processus physicochimiques à l'origine de l'action de l'additif.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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