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Jun 04, 2023

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Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 5092 (2023) Citer cet article 741 Accès aux détails des métriques Parmi les différents aspects fondamentaux qui régissent la conception et le développement de tubes allongés

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5092 (2023) Citer cet article

741 accès

Détails des métriques

Parmi les différents aspects fondamentaux qui régissent la conception et le développement de structures multimatériaux allongées via la technique préforme-fibre, les méthodologies d’association de matériaux jouent un rôle crucial. Ils ont un impact considérable sur le nombre, la complexité et les combinaisons possibles de fonctions pouvant être intégrées au sein de fibres uniques, définissant ainsi leur applicabilité. Dans ce travail, une stratégie de co-dessin pour produire des microfibres monofilaments à partir d’associations verre-polymère uniques est étudiée. En particulier, la méthode du noyau fondu (MCM) est appliquée à plusieurs thermoplastiques amorphes et semi-cristallins pour leur intégration dans des architectures de verre plus grandes. Les conditions générales dans lesquelles le MCM peut être utilisé sont établies. Il est démontré que les exigences classiques de compatibilité de température de transition vitreuse pour les associations verre-polymère peuvent être surmontées et que d'autres compositions de verre que les chalcogénures peuvent être étirées thermiquement avec des thermoplastiques, ici les verres d'oxyde sont considérés. Des fibres composites avec diverses géométries et profils de composition sont ensuite présentées pour illustrer la polyvalence de la méthodologie proposée. Enfin, les investigations se concentrent sur les fibres produites à partir de l’association du polyéther éther cétone (PEEK) avec des verres tellurites et phosphates. Il est démontré que dans des conditions d'allongement appropriées, la cinétique de cristallisation du PEEK peut être contrôlée pendant l'étirement thermique et les cristallinités du polymère aussi faibles que 9 masses. % sont atteints dans la fibre finale. On pense que de telles nouvelles associations de matériaux ainsi que la capacité d’adapter les propriétés des matériaux au sein des fibres pourraient inspirer le développement d’une nouvelle classe d’objets allongés hybrides dotés de fonctionnalités sans précédent.

Les fibres multimatériaux accélèrent considérablement le développement de nouvelles générations de dispositifs et composants miniaturisés dont les applications couvrent tous les domaines technologiques d'intérêt (santé, énergie, électronique, environnement, défense, télécommunications, etc.). La fabrication de ces objets remarquables et indéniablement utiles repose sur des processus avancés de mise en forme des matériaux, nécessaires pour intégrer simultanément de multiples fonctionnalités dans les fibres. Grâce aux fortes contributions de la communauté scientifique des matériaux, la gamme de matériaux pouvant être intégrés dans des assemblages de fibres1, ainsi que leurs combinaisons possibles et la manière dont ils sont disposés au sein des structures allongées, se sont désormais considérablement élargies2,3,4,5. Pour y parvenir, de nombreuses stratégies de préparation de préformes et techniques d'étirage thermique non conventionnelles ont été mises en œuvre, telles que la technique du stack-and-draw6,7, les méthodes d'insertion8,9 (dérivées du rod-in-tube10,11), l'extrusion12, la fabrication additive13, 14,15 ainsi que l'insertion directe du fil16,17, et ainsi de suite. Parmi ces stratégies populaires de préparation de fibres multimatériaux, la méthode à noyau fondu (MCM) apparaît comme l’une des principales solutions attrayantes pour la conception de structures allongées hybrides complexes18. Le MCM repose sur le principe suivant : un matériau d'âme est inséré dans une gaine amorphe pour former une préforme macroscopique et l'assemblage est ensuite étiré en fines fibres continues à l'aide d'un équipement de fibrage classique, avec la particularité que lors de la procédure d'étirement, l'âme Le matériau est à l'état fondu, tandis que le matériau de revêtement amorphe est seulement ramolli. En d’autres termes, la gaine agit comme un support pour limiter l’écoulement du matériau liquide du cœur. Dans les premiers développements de la technique du noyau fondu19, la méthode faisait référence à des procédures d'allongement thermique au cours desquelles des interactions chimiques se produisaient au sein des matériaux du noyau ou entre le noyau fondu et la gaine. Ce procédé permettrait de produire de nouveaux matériaux qui ne pourraient pas être synthétisés autrement ou qui ne pourraient pas être intégrés dans les fibres par le processus d'étirage conventionnel. La technique désigne désormais, de manière plus large, les procédures d'allongement thermique au cours desquelles un matériau d'âme est étiré alors qu'il est à l'état fondu20. A ce jour, le MCM a été principalement exploité pour l'incorporation dans la fibre de matériaux inorganiques étirables de manière non conventionnelle (compositions de verre à forte concentration en terres rares, semi-conducteurs, métaux, etc.), mais l'intégration de polymères dans les structures allongées à base de verre utilisant la même méthodologie n’ont pas été étudiées.