Etude des phénomènes de sorption d’eau et de leurs conséquences sur les propriétés mécaniques de fils textiles

Study of water sorption phenomena and their consequences on the mechanical properties of textile yarn

• Auteur / Autrice : Mathilde Simon
• Direction : Fabrice Gouanvé, René Fulchiron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères
• Date : Soutenance le 04/03/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Éliane Espuche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Gouanvé, René Fulchiron, Stéphane Marais, Christophe Baley, Amandine Celino
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Marais, Christophe Baley

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technique

Tissage

Propriétés mécaniques

Humidité

Fil

Chimie textile

Mots clés libres

Fils textiles

Synthétique

Microstructure

Sorption d'eau

Propriétés mécaniques

DMA

Soie

Cellulose

Textile yarn

Synthetic

Microstructure

Water sorption

Mechanical properties

DMA

Silk

Cellulose

Résumé

Dans l’industrie textile, les tisseurs ont historiquement pris pour habitude d’humidifier les fils, ce qui s’est révélé bénéfique afin d’améliorer leur résistance et de faciliter le tissage. Pour autant, le taux d’humidité idéal, permettant d’atteindre le meilleur rendement de tissage, est dépendant de la nature du fil tissé et à l’heure actuelle, aucune base de données n’existe. Afin de déterminer ce taux d’humidité optimal, nous avons étudié les phénomènes de sorption-désorption d’eau par les fils ainsi que leurs conséquences sur les propriétés mécaniques. Dans ce cadre, l’étude s’est portée sur trois familles de fils textiles : cellulosiques, soie et synthétiques.Les travaux ont, dans un premier temps, porté sur la caractérisation morphologique, structurale et microstructurale des fils textiles étudiés. Dans un second temps, des analyses de sorption ont été réalisées selon les aspects thermodynamique et cinétique. Pour finir, les propriétés mécaniques des fils ont été évaluées à l’état ambiant et hydraté, aux grandes et aux faibles déformations. Les caractéristiques structurales ont été mises en relation avec les propriétés de prise en eau et les propriétés mécaniques. L’influence de l’eau se traduit pour la majorité des fils, par un phénomène de plastification qui conduit essentiellement à une diminution de la rigidité des fils. Dans le but d’évaluer le bénéfice éventuel de la présence d’eau sur la diminution du taux de casse lors du tissage, une nouvelle méthode par analyse mécanique dynamique DMA a été mise en place. L’effet de l’humidité sur les propriétés mécaniques à rupture s’est révélé dépendant de la nature des fils et de leur morphologie (fibres courtes ou filaments continus).

In textile industry, weavers have historically taken the habit to moisten yarns, because it has been shown to be beneficial in improving their strength and making weaving easier. However, the ideal humidity level, allowing the best weaving performance to be achieved, depends on the nature of the yarn being woven. At present, no database exists. In order to determine this optimal humidity level, water sorption and water desorption phenomena at microscopic scale have been studied, as well as their consequences on the mechanical properties. In this context, three families of textile yarns were chosen: cellulosic, silk and synthetic.The work initially focused on the morphological, structural and microstructural characterization of the textile yarns studied. Next, sorption analyses were carried out according to the thermodynamic and kinetic aspects. Finally, the yarn mechanical properties were evaluated at ambient and hydrated states for large and small deformations. Structural characteristics have been related to the water uptake properties and the mechanical properties. The influence of water on these mechanical properties results for the yarn majority, in a plasticization phenomenon which essentially leads to a decrease in the stiffness of the yarns. In order to assess the possible benefit of the presence of water on reducing the rate of breakage during weaving, a new method using dynamic mechanical analysis DMA has been implemented. The effect of moisture on the mechanical properties at breakage was found to depend on the nature of the yarns and their morphology (short fibers or continuous filaments).