Dispositif de mesure de la conductivité thermique effective longitudinale de torons adapté à différents degrés de carbonisation

Baptiste Bouyer^1, ⋆, Xavier Tardif², Célia Mercader³, Didier Delaunay^4
⋆ : baptiste.bouyer@univ-nantes.fr
¹ Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes (LTeN) et IRT Jules Verne
² IRT Jules Verne
³ Plateforme CANOE
⁴ Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes (LTeN)
Mots clés : fibres de carbone, carbonisation, propriétés thermiques, caractérisation
Résumé :

L’allègement des structures est une nécessité pour limiter les consommations dans le domaine des transports. Les composites sont donc amenés à être utilisés de façon de plus en plus intensive. Les fibres de carbone sont coûteuses et sont généralement obtenues à partir de polymères issus de l’industrie pétrolière (poly-acrylonitrile ou brai de pétrole). Une alternative consiste à carboniser des polymères bio-sourcés tels que la cellulose. Pour optimiser les propriétés mécaniques des fibres de carbone, il est nécessaire de maîtriser et donc d’analyser les transferts de chaleur dans le procédé de carbonisation. Pour ce faire, les propriétés thermiques doivent être déterminées en fonction de l’avancement de la carbonisation. C’est dans ce cadre que nous présentons un nouveau dispositif expérimental de mesure de conductivité thermique longitudinale dédié aux torons de fibres sur trois ordre de grandeur : de 0,1 à 100  W.m^− 1.K^− 1. Ce dispositif inspiré de la plaque chaude gardée a été mis au point et modélisé numériquement par éléments finis pour estimer et minimiser les pertes de chaleur par rayonnement, les pertes de chaleur par convection sont éliminées en plaçant le dispositif dans une enceinte à vide primaire. La modèle numérique a mis en évidence que les pertes de chaleur par rayonnement sont minimisées et peuvent être négligées lorsque un écran radiatif est utilisé et lorsque la température de paroi de l’enceinte à vide est égale à la température moyenne des systèmes de chauffage et de refroidissement. Le dispositif a été réalisé et testé et validé avec des matériaux étalons représentatif de la gamme de conductivité thermique recherchée ainsi qu’avec des échantillons constitués de fibres de précurseur, isolantes, et de fibres de carbone, conductrices. Ainsi le dispositif est validé pour la caractérisation de la conductivité thermique effective de torons de fibres pour tous degrés de carbonisation.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-160

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