ERDF — URN — FARM — INVEST/FUNCT (Q3680678)
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Project Q3680678 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — URN — FARM — INVEST/FUNCT |
Project Q3680678 in France |
Statements
90,482.11 Euro
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180,964.22 Euro
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50.0 percent
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30 September 2019
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UNIVERSITE DE ROUEN-NORMANDIE
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76821
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Les problématiques associées aux microstructures des polymères thermoplastiques semi-cristallins apparaissent aujourd'hui comme des enjeux majeurs, en termes de connaissances fondamentales mais aussi pour des questionnements applicatifs. Il a été montré, notamment par le partenaire 1, que les polymères semi-cristallins doivent être décrits non pas par un simple modèle à deux phases, mais par un modèle à trois phases où la 3ème phase (la fraction amorphe rigide, RAF) est une nano-phase localisée entre phase cristalline et phase amorphe mobile. La prise en compte de la RAF est essentielle pour comprendre les propriétés physiques et chimiques de nombreux matériaux très courants dans l'industrie régionale, aussi bien dans le secteur de l'emballage (Sidel, Aptar) que dans celui de l'aéronautique (Zodiac, Safran). En effet, la présence d'une nano-phase amorphe rigide est à prévoir non seulement dans le cas des polymères semi-cristallins, où les chaînes amorphes sont « bloquées par le développement de domaines cristallins plus ou moins réguliers, mais aussi dans le cas des matériaux composites à matrice polymère, spécialité du partenaire 2, où l'action de est exercée par les renforts au niveau de l'interface avec la matrice.Si les polymères thermodurcissables ont été quasiment exclusivement utilisés durant des décennies dans le domaine aéronautique, les avancées récentes en terme de synthèse et de mise en uvre ont permis l'émergence de polymères semi-cristallins thermostables avec des tenues thermomécaniques très prometteuses. Cependant, des verrous technologiques persistent et une meilleure compréhension de la microstructure complexe de ces matériaux semble une nécessité. Par exemple, l'analyse de ces matériaux en termes de modèle à trois phases n'a jamais été faite. Or, la compréhension microstructurale des matériaux composites à matrice polymère thermoplastique passe par la description de la zone interfaciale matrice/fibre, mais également par la caractérisation des domaines locaux de rigidification de la phase amorphe tout près de l'interface (si la matrice reste amorphe) ou à proximité des domaines cristallins (si la matrice peut cristalliser), sujets non abordés pour l'instant sur de tels matériaux complexes. Aussi, avoir une expertise académique dans ce domaine pourra permettre de développer, dans un futur à moyens termes, des collaborations avec les industriels concernés.L'étude fine de matériaux aussi complexes (composites multiphasiques) est un réel challenge, il est donc nécessaire de modéliser et de tenter de comprendre les liens microstructure-propriétés mécaniques en analysant des matériaux modèles. L'un des gros écueils de tels travaux de physiciens est de ne pas en investiguer l'aspect chimique. En effet, les polymères sont des matériaux complexes en tout point (distribution des masses moléculaires, dégradation par différents mécanismes, présence d'impuretés et d'adjuvants, sensibilité au vieillissement) et ne pas s'intéresser a cet aspect limite la pertinence de ces travaux. Le partenaire 3, de par ses compétences dans la chimie des polymères, renforcera significativement ce projet et pour la 1ère fois, des chercheurs normands en mécanique, chimie et physique des polymères proposent une approche multidisciplinaire afin de caractériser les polymères et leurs composites.Le comportement mécanique de ces matériaux est intimement lié à la structuration à l'état solide des macromolécules qui les constituent : cristallinité, RAF... Les conditions de température et de cisaillement requises pour la mise en forme de matériaux composites dégradent chimiquement ces macromolécules et sont donc susceptibles d'induire des modifications de leur structuration et de leurs propriétés finales. Ce projet vise donc à établir des liens entre la structuration à l'échelle nano et le comportement macroscopique des polymères semi-cristallins utilisés pour la réalisation de composites pour le secteur aéronautique. (French)
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The problems associated with microstructures of semi-crystalline thermoplastic polymers are now emerging as major issues, both in terms of basic knowledge and application questions. It has been shown, in particular by partner 1, that semi-crystalline polymers should be described not by a simple two-phase model, but by a three-phase model where the third phase (the rigid amorphous fraction, RAF) is a localised nanophase between crystalline and mobile amorphous phase. Consideration of RAF is essential to understand the physical and chemical properties of many very common materials in the regional industry, both in the packaging sector (Sidel, Aptar) and in the aeronautics sector (Zodiac, Safran). Indeed, the presence of a rigid amorphous nanophase is to be expected not only in the case of semi-crystalline polymers, where the amorphous chains are "blocked by the development of more or less regular crystalline domains, but also in the case of polymer matrix composite materials, which specialises in partner 2, where the action of is exerted by reinforcements at the interface with the matrix. While thermosetting polymers have been almost exclusively used for decades in the aeronautical field, recent advances in synthesis and implementation have allowed the emergence of semi-crystal polymers with thermostable holds. However, technological locks persist and a better understanding of the complex microstructure of these materials seems necessary. For example, the analysis of these materials in terms of a three-phase model has never been done. However, the microstructural understanding of thermoplastic polymer matrix composite materials requires the description of the interfacial matrix/fibre zone, but also the characterisation of local areas of stiffening of the amorphous phase near the interface (if the matrix remains amorphous) or close to the crystalline domains (if the matrix can crystallise), topics not addressed for the time being on such complex materials. The fine study of such complex materials (multiphase composites) is a real challenge, so it is necessary to model and attempt to understand the links of microstructure-mechanical properties by analysing model materials. One of the major pitfalls of such work by physicists is not to investigate its chemical aspect. Polymers are complex materials at all points (distribution of molecular weights, degradation by different mechanisms, presence of impurities and adjuvants, sensitivity to aging) and not being interested in this aspect limits the relevance of this work. Partner 3, through its expertise in polymer chemistry, will significantly strengthen this project and for the first time, Norman researchers in mechanics, chemistry and polymer physics propose a multidisciplinary approach to characterise polymers and their composites.The mechanical behavior of these materials is intimately linked to the solid state structuring of the macromolecules that make up them: crystallinity, RAF... The temperature and shear conditions required for the shaping of composite materials chemically degrade these macromolecules and are therefore likely to induce changes in their structuring and final properties. The aim of this project is therefore to establish links between nanoscale structuring and the macroscopic behaviour of semi-crystalline polymers used for the construction of composites for the aeronautical sector. (English)
18 November 2021
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Die mit den Mikrostrukturen halbkristalliner thermoplastischer Polymere verbundenen Probleme stellen heute sowohl im Hinblick auf das Grundwissen als auch im Hinblick auf Anwendungsfragen eine große Herausforderung dar. Insbesondere von Partner 1 hat sich gezeigt, dass halbkristalline Polymere nicht durch ein einfaches Zweiphasenmodell, sondern durch ein Dreiphasenmodell beschrieben werden müssen, bei dem die dritte Phase (die steife amorphe Fraktion, RAF) eine lokalisierte Nanophase zwischen kristalliner und beweglicher amorpher Phase ist. Die Berücksichtigung der RAF ist entscheidend für das Verständnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften vieler in der regionalen Industrie sehr verbreiteter Materialien, sowohl in der Verpackungsindustrie (Sidel, Aptar) als auch in der Luftfahrtindustrie (Zodiac, Safran). Das Vorhandensein einer starren amorphen Nanophase ist nicht nur bei halbkristallinen Polymeren zu erwarten, bei denen amorphe Ketten "durch die Entwicklung mehr oder weniger regelmäßiger kristalliner Bereiche blockiert werden, sondern auch im Falle von Verbundwerkstoffen mit Polymermatrix, der Spezialität des Partners 2, wo die Wirkung von durch Verstärkungen an der Schnittstelle zur Matrix ausgeübt wird. Während die duroplastischen Polymere seit Jahrzehnten fast ausschließlich in der Luftfahrt verwendet wurden, haben die jüngsten Fortschritte bei der Synthese und Umsetzung die Entstehung von hochtemperaturempfindlichen semi-kristallinen Polymeren ermöglicht. Allerdings bestehen nach wie vor technologische Sperren, und ein besseres Verständnis der komplexen Mikrostruktur dieser Materialien scheint eine Notwendigkeit zu sein. Zum Beispiel wurde die Analyse dieser Materialien in Bezug auf das dreistufige Modell nie durchgeführt. Das mikrostrukturelle Verständnis von thermoplastischen Polymermatrix-Verbundwerkstoffen erfordert jedoch die Beschreibung der Grenzflächenmatrix/Faser, aber auch die Charakterisierung der lokalen Rigidierungsbereiche der amorphen Phase in der Nähe der Schnittstelle (wenn die Matrix amorph bleibt) oder in der Nähe der kristallinen Bereiche (wenn die Matrix kristallisieren kann), die derzeit nicht auf solche komplexen Materialien eingegangen sind. Auch die wissenschaftliche Expertise in diesem Bereich kann es ermöglichen, in Zukunft mittelfristig Kooperationen mit den betroffenen Industrien zu entwickeln.Die feine Untersuchung solch komplexer Materialien (multiphasische Verbundwerkstoffe) ist eine echte Herausforderung, daher ist es notwendig, die Verbindungen zwischen Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften durch die Analyse von Modellmaterialien zu modellieren und zu verstehen. Eines der großen Klippen solcher Arbeiten von Physikern ist es, nicht den chemischen Aspekt zu untersuchen. Polymere sind nämlich komplexe Materialien in jeder Hinsicht (Verteilung der Molekularmassen, Abbau durch verschiedene Mechanismen, Vorhandensein von Verunreinigungen und Zusatzstoffen, Empfindlichkeit gegenüber Alterung) und nicht auf diesen Aspekt beschränkt die Relevanz dieser Arbeiten. Partner 3, durch seine Fähigkeiten in der Polymerchemie, wird dieses Projekt erheblich stärken, und zum ersten Mal bieten normannische Forscher in den Bereichen Mechanik, Chemie und Polymerphysik einen multidisziplinären Ansatz zur Charakterisierung von Polymeren und deren Verbundwerkstoffen an.Das mechanische Verhalten dieser Materialien ist eng mit der Strukturierung der Makromoleküle im Feststoffzustand verbunden, aus denen sie bestehen: Kristallinität, RAF... Die für die Formung von Verbundwerkstoffen erforderlichen Temperatur- und Scherbedingungen abbauen diese Makromoleküle chemisch und können daher zu Veränderungen ihrer Strukturierung und Endeigenschaften führen. Mit diesem Projekt sollen daher Verbindungen zwischen der Nanostrukturierung und dem makroskopischen Verhalten halbkristalliner Polymere hergestellt werden, die für die Herstellung von Verbundwerkstoffen für die Luftfahrtindustrie verwendet werden. (German)
1 December 2021
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De problemen in verband met microstructuren van semikristallijne thermoplastische polymeren komen nu aan de orde als belangrijke kwesties, zowel op het gebied van basiskennis als op het gebied van toepassingsvragen. Met name door partner 1 is aangetoond dat semikristallijne polymeren niet door een eenvoudig tweefasenmodel moeten worden beschreven, maar door een driefasenmodel waarbij de derde fase (de rigide amorfe fractie, RAF) een gelokaliseerde nanofase is tussen kristallijne en mobiele amorfe fase. RAF is van essentieel belang om inzicht te krijgen in de fysische en chemische eigenschappen van veel veel voorkomende materialen in de regionale industrie, zowel in de verpakkingssector (Sidel, Aptar) als in de luchtvaartsector (Zodiac, Safran). De aanwezigheid van een starre amorfe nanofase is namelijk niet alleen te verwachten in het geval van semikristallijne polymeren, waar de amorfe ketens "geblokkeerd worden door de ontwikkeling van min of meer reguliere kristallijne domeinen, maar ook in het geval van composietmaterialen van polymeermatrix, die gespecialiseerd zijn in partner 2, waar de werking van wordt uitgeoefend door versterkingen op de interface met de matrix. Terwijl thermohardende polymeren al tientallen jaren bijna uitsluitend in de luchtvaart worden gebruikt, hebben recente vorderingen op het gebied van synthese en implementatie de opkomst van semikristalpolymeren met thermostabiele houders mogelijk gemaakt. Technologische sluizen blijven echter bestaan en een beter inzicht in de complexe microstructuur van deze materialen lijkt noodzakelijk. Zo is de analyse van deze materialen in termen van een driefasenmodel nooit gedaan. Het microstructurele begrip van composietmaterialen van thermoplastische polymeermatrix vereist echter de beschrijving van de interfaciale matrix/vezelzone, maar ook de karakterisering van lokale gebieden van verstijving van de amorfe fase in de buurt van de interface (als de matrix amorf blijft) of dicht bij de kristallijne domeinen (als de matrix kan kristalliseren), onderwerpen die voorlopig niet op dergelijke complexe materialen worden behandeld. De fijne studie van dergelijke complexe materialen (multifase composieten) is een echte uitdaging, dus het is noodzakelijk om te modelleren en proberen om de koppelingen van microstructuur-mechanische eigenschappen te begrijpen door het analyseren van modelmaterialen. Een van de belangrijkste valkuilen van dergelijk werk door natuurkundigen is niet om het chemische aspect ervan te onderzoeken. Polymeren zijn complexe materialen op alle punten (verdeling van molecuulgewichten, afbraak door verschillende mechanismen, aanwezigheid van onzuiverheden en hulpstoffen, gevoeligheid voor veroudering) en niet geïnteresseerd zijn in dit aspect beperkt de relevantie van dit werk. Partner 3, door haar expertise in polymeerchemie, zal dit project aanzienlijk versterken en voor het eerst stellen Norman-onderzoekers in mechanica, chemie en polymeerfysica een multidisciplinaire aanpak voor om polymeren en hun composieten te karakteriseren.Het mechanische gedrag van deze materialen is nauw verbonden met de solid state structurering van de macromoleculen waaruit ze bestaan: kristallijnheid, RAF... De temperatuur en de afschuivingsomstandigheden die nodig zijn voor het vormen van composietmaterialen degraderen deze macromoleculen chemisch en kunnen daarom veranderingen in hun structurerende en uiteindelijke eigenschappen veroorzaken. Het doel van dit project is derhalve het leggen van verbanden tussen nanoschaalstructurering en het macroscopische gedrag van halfkristallijne polymeren die worden gebruikt voor de bouw van composieten voor de luchtvaartsector. (Dutch)
6 December 2021
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I problemi legati alle microstrutture dei polimeri termoplastici semicristallini stanno emergendo come questioni importanti, sia in termini di conoscenze di base che di domande applicative. È stato dimostrato, in particolare dal partner 1, che i polimeri semicristallini devono essere descritti non da un semplice modello bifase, ma da un modello trifase in cui la terza fase (la frazione amorfa rigida, RAF) è una nanofase localizzata tra fase cristallina e amorfa mobile. La considerazione della RAF è essenziale per comprendere le proprietà fisiche e chimiche di molti materiali molto comuni nell'industria regionale, sia nel settore dell'imballaggio (Sidel, Aptar) che nel settore aeronautico (Zodiac, Safran). Infatti, la presenza di una nanofase amorfa rigida è da attendersi non solo nel caso dei polimeri semicristallini, dove le catene amorfe sono "bloccate dallo sviluppo di domini cristallini più o meno regolari, ma anche nel caso di materiali compositi a matrice polimerica, specializzati nel partner 2, dove l'azione della è esercitata da rinforzi all'interfaccia con la matrice. Mentre i polimeri termoindurenti sono stati utilizzati quasi esclusivamente per decenni nel campo aeronautico, recenti progressi nella sintesi e nell'attuazione hanno permesso l'emergere di polimeri semicristaliani con tenuta termostabile. Tuttavia, le serrature tecnologiche persistono e una migliore comprensione della complessa microstruttura di questi materiali sembra necessaria. Ad esempio, l'analisi di questi materiali in termini di modello trifase non è mai stata fatta. Tuttavia, la comprensione microstrutturale dei materiali compositi a matrice polimerica termoplastica richiede la descrizione della matrice interfacciale/zona delle fibre, ma anche la caratterizzazione delle aree locali di irrigidimento della fase amorfa vicino all'interfaccia (se la matrice rimane amorfa) o vicina ai domini cristallini (se la matrice può cristallizzare), argomenti non affrontati per il momento su tali materiali complessi. Il fine studio di tali materiali complessi (compositi multifase) è una vera sfida, quindi è necessario modellare e tentare di comprendere i legami delle proprietà microstruttura-meccaniche analizzando materiali modello. Una delle principali insidie di tale lavoro da parte dei fisici è quello di non indagare il suo aspetto chimico. I polimeri sono materiali complessi in tutti i punti (distribuzione dei pesi molecolari, degradazione da parte di diversi meccanismi, presenza di impurità e coadiuvanti, sensibilità all'invecchiamento) e non essere interessati a questo aspetto limita la pertinenza di questo lavoro. Partner 3, grazie alla sua competenza in chimica polimerica, rafforzerà significativamente questo progetto e per la prima volta, ricercatori normanni in meccanica, chimica e fisica dei polimeri propongono un approccio multidisciplinare per caratterizzare i polimeri e i loro compositi. Il comportamento meccanico di questi materiali è intimamente legato alla strutturazione dello stato solido delle macromolecole che li compongono: cristallinità, RAF... Le condizioni di temperatura e di taglio richieste per la formatura dei materiali compositi degradano chimicamente queste macromolecole e possono quindi indurre cambiamenti nella loro strutturazione e proprietà finali. L'obiettivo di questo progetto è quindi quello di stabilire collegamenti tra la strutturazione su scala nanometrica e il comportamento macroscopico dei polimeri semicristallini utilizzati per la costruzione di compositi per il settore aeronautico. (Italian)
13 January 2022
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Identifiers
17P04162
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