Caractérisation de la variabilité des propriétés mécaniques aux échelles fils, renforts et composites à base de lin

Flax fibres reinforced preforms and composites : mechanical properties and variability

• Auteur / Autrice : Fatma Omrani
• Direction : Damien Soulat, Manuela Ferreira, Peng Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 20/10/2017
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lin

Tissage

Fil

Non-tissés

Fibres végétales

Propriétés mécaniques

Composites à fibres

Mots clés libres

Renforts textiles

Mise en forme

Résumé

Cette thèse a pour objectif la compréhension des propriétés mécaniques des composites à base de fibres de lin. Tout d’abord, on s’est focalisé sur les renforts tissés, ayant différents types de fils, structures et traitements, à travers une caractérisation multi-échelle. Les résultats montrent une forte influence du procédé du tissage ainsi que les traitements de désencollage et de séchage sur les propriétés mécaniques. L’étude montre une grande variabilité des propriétés mécaniques à l’échelle fil qui diminue significativement de l’échelle tissu à l’échelle composite où les résultats mettent en évidence des propriétés régulières et reproductibles, équivalentes aux composites à base de fibres synthétiques. Ensuite, cette thèse s’est intéressée aux propriétés mécaniques des renforts à orientation aléatoire, les non tissés. La caractérisation mécanique est réalisée sous forme sèche avec des essais de traction simple, de flexion pour différents lots de non tissé. Egalement, l’étude de la déformabilité des renforts non tissés est effectuée avec des essais d’emboutissage sur des géométries simple (hémisphère) et complexe (boite carrée). S’appuyant sur une approche expérimentale, un protocole de caractérisation est établi afin d’identifier et quantifier la réponse du non tissé lors de la mise en forme. L’apparition de nouveaux phénomènes tels que la variation de la densité locale et le glissement des fibres est observée pour les renforts de type non tissé. La caractérisation a démontré les effets de facteurs comme la géométrie du poinçon, la pression du serre-flan, la densité et la direction du renfort.

This work focuses on understanding the mechanical properties of flax-based composites. First of all, a multi-scale characterization is carried out for oriented fabric with different types of yarns, structures and treatments. Parameters such as the weaving process and the existence of treatments like desizing and drying has a strong impact on the mechanical properties. Furthermore, the results shows a high variability of the mechanical properties at the yarn scale which decreases significantly at the fabric and composite equivalent properties with the synthetic fibres based composites. Secondly, the thesis focused on the mechanical properties of randomly oriented preforms known as nonwovens. The mechanical characterizations of flax fibre nonwoven are carried out with tensile, bending tests in the dry form. Then, forming tests of the non-woven preforms are performed with different geometries. Based on this experimental approach, a characterization protocol is established to identify and quantify their formability behavior. New phenomena such the variation of local density and the slippage of fibres network are observed for this type of reinforcement. The forming behavior depends strongly on the punch geometry, blank-holder, the area density and direction of the preform.