Effect of plasma polymerization on the interfacial adhesion of basalt fibres in epoxy matrix

Effet de la polymérisation par plasma sur l'adhésion interfaciale de fibres de basalte dans une matrice époxy

Maria Carolina Seghini (1, 2) , Fabrizio Sarasini (1) , Jacopo Tirillo (1) , Maria Paola Bracciale (1) , Vladimir Cech (3) , Milan Zvonek (3) , Laurence Chocinski-Arnault (2) , David Mellier (2) , Fabienne Touchard (2)

1 UNIROMA - Università degli Studi di Roma "La Sapienza" = Sapienza University [Rome]
2 Département PMM - Département Physique et Mécanique des Matériaux [Institut Pprime]
3 BUT - Brno University of Technology [Brno]

In an attempt to improve mechanical properties of basalt fibre/epoxy composites, the present work provides a comparison between the effects on the fibre/matrix interfacial strength of a commercial coupling agent, a thermal de-sizing treatment and a plasma polymerization process. The different basalt fibres were characterized in terms of surface morphology, by FE-SEM observations, and chemical composition, performing FTIR analysis. The interfacial adhesion has been investigated by single fibre fragmentation testson single fibre composite samples. The plasma polymerization process was able to produce a homogeneous tetravinylsilane coating on the surface of basalt fibres, which resultsin a significant increase in the fibre/matrix adhesion. The surface roughness of the untreated and treated basalt fibres has been measured by AFM and a relationship between the surface roughness and the fibre/matrix adhesion quality was found. High-resolution microtomography (μ-CT) has been used to support the analysis of the damage modes during fragmentation tests

Dans le but d’améliorer les performances mécaniques des composites à fibres de basalte et matrice époxy, différents types de traitement des fibres de basalte ont été comparés: un ensimage commercial, un traitement thermique capable d’éliminer cette couche d'ensimage et un procède de polymérisation par plasma.Les fibres de basalte ont été caractérisées à la fois en terme de morphologie superficielle, par des observations FE-MEB, et en terme de composition chimique, par analyse IRTF. La qualité de l’adhésion interfaciale fibre/matrice a été analysée grâce à des essais de fragmentation sur des composites monofilamentaires.Les résultats montrent que le procédé de polymérisation par plasma est capable de créer un revêtement homogène de tétravinylsilane sur la surface des fibres de basalte, et donc de produire une augmentation significative de l'adhésion fibre/matrice.De plus, la rugosité de la surface des fibres de basalte non traitées et traitées a été mesurée par microscope à force atomique (AFM). Cette analyse met en évidence la corrélation qui existe entre la rugosité de surface et la qualité de l’adhésion interfaciale. Enfin, des observations de l’interface basalte/époxy par micro-tomographie par rayons X ont permis de confirmer les résultats obtenus lors des tests de fragmentation

Mots clés: Basalt fibres; Interface/Interphase; Fibre/matrix bond; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition

Mots clés: Fibres de basalte; Interface/interphase; Liaison fibre/matrice

Domaines: Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]

Maria Carolina Seghini, Fabrizio Sarasini, Jacopo Tirillo, Maria Paola Bracciale, Vladimir Cech, et al.. Effet de la polymérisation par plasma sur l'adhésion interfaciale de fibres de basalte dans une matrice époxy. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420799⟩