Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1361-1369 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220110136100

Mechanical properties of random arrays of short carbon fibers

J. Vareille, E. Guyon et S. Roux

LHMP, Unité associée au CNRS n° 857, ESPCI, 10 rue Vauquelin, 75231 Paris Cedex 05, France

Abstract
The mechanical properties of random short carbon fiber composites have been studied experimentally in relation with the electrical properties (continuity) in three different states : 1) fibers in a hard expoxyde matrix, 2) fibers in a well formed gel, 3) fibers sediment in a viscous liquid. Although there is no precise correlation between the electrical percolation threshold and the continuous increase of elastic modulus with fiber concentration, the variation of linear elastic properties can be seen to be more and more related to the connectivity (and possibly entanglement) transition when going from state 1 to 3, i.e. as the influence of the matrix decreases. A related discussion dealing with entanglement properties and mechanical percolation is presented.

Résumé
Les propriétés mécaniques de composites de carbone à fibres courtes ont été étudiées. expérimentalement en relation avec leurs propriétés électriques dans les 3 cas suivants : 1) fibres dans une matrice epoxy rigide ; 2) fibres dans un gel bien formé ; 3) fibres sédimentant dans un liquide visqueux. Bien qu'il n'y ait pas de corrélation précise entre le seuil de percolation électrique et l'augmentation continue du module élastique avec la concentration de fibres, on peut voir une relation de plus en plus proche entre ces deux notions lorsqu'on passe de la situation 1 à 3, c'est-à-dire quand l'influence de la matrice décroit. Une discussion portant sur la relation avec les problèmes d'enchevètrements et sur la percolation mécanique est présentée.

PACS
8140J - Elasticity and anelasticity.

Key words
carbon fibre reinforced composites -- elastic moduli -- percolation -- connectivity transition -- random arrays -- mechanical properties -- short carbon fiber composites -- electrical properties -- continuity -- percolation threshold -- elastic modulus -- entanglement -- C