L'architecture des structures de renfort et le taux final de fibre dans le matériau composite jouent un rôle prépondérant sur les propriétés mécaniques et sur le mode de rupture du matériau final. L'utilisation de fibres naturelles en tant que renforts fibreux de matériaux composite permet, par ailleurs, un gain de masse important et une meilleure atténuation des vibrations [1]. Si l'utilisation de ces fibres naturelles est très répandue pour élaborer des préformes de renforts non-tissés, tissés, tressés ou sous forme d'unidirectionnels [2, 3], peu d'études ont porté sur l'élaboration de structures-multicouches dites 3D, au sens qu'elles sont renforcées dans l'épaisseur, et à base de ces fibres naturelles. Ce lien entre les couches peut être intégré par différentes technologies comme le tissage 3D, le tressage 3D, mais également par couture (stitching), piquage (tufting) ou par Z-pinning [4, 5]. Les matériaux composites renforcés d'une structure tissée 3D interlock chaine montrent une plus grande résistance aux délaminages interplis et des tolérances supérieures à l'impact [6]. L'objectif de cette étude est d'analyser l'influence des paramètres d'élaboration de renforts 3D interlock chaine, à base de fibres de lin, sur leur caractéristique textile et leur comportement mécanique avant imprégnation. Un tissu 3D interlock chaine est un assemblage de plusieurs couches de tissus liées dans l'épaisseur par des fils de chaine de liage [7]. À partir de rovings de lin 1 000Tex légèrement retordus, cinq structures, avec une architecture dérivée de la toile, ont été tissées sur une machine à tisser prototype développée au sein du laboratoire GEMTEX. Dans le cadre de cette étude, l'influence du nombre de couches (3, 5, 7, 11 et 23) sur la maitrise du comportement mécanique est plus spécifiquement analysée. À l'issue du tissage, les mesures d'épaisseur, de la masse surfacique, des densités chaine et trame ainsi que le comportement en flexion et en traction sont identifiées. Les densités chaines des cinq structures sont identiques. Il a été constaté que la densité trame, l'épaisseur, la masse surfacique et l'embuvage des fils de chaine de liage des cinq structures sont fonction du nombre de couches. Les structures présentant les plus haut retrait et embuvage sont les structures à plus haut nombre de couches.

Remerciements

Cette étude est cofinancée par la région Haut de France, l'Agence de l'environnement et de la maitrise de l'énergie (ADEME) et le groupe Depestele fournisseurs des mèches de lin.

Références

[1] L. Pil, F. Bensadoun, J. Pariset et I. Verpoest, « Why are designers fascinated by flax and hemp fibre composites? », Composites: Part A, 2016, vol. 83, p. 193–205.

[2] D. U. Shah, « Natural fibre composites: Comprehensive Ashby-type materials selection charts », Materials and Design 62 (2014) 21–31.

[3] F. Omrani, P. Wang, D. Soulat, M. Ferreira, P. Ouagne, « Analysis of the deformability of flax-fibre nonwoven fabrics during manufacturing », Composites Part B: Engineering, Volume 116, May 2017, Pages 471-485

[4] I. Gnaba, X. Legrand, P. Wang, D. Soulat, « Through-the-thickness reinforcement for composite structures: A review ». Journal of Industrial Textiles, 2018.

[5] A.P. Mouritz, Review of z-pinned composite laminates, Composites Part A Appl. Sci. Manuf. 38 (2007) 2383–2397.

[6] A.P. Mouritz, B.N. Cox, A mechanistic interpretation of the comparative in-plane mechanical properties of 3D woven, stitched and pinned composites, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 41 (2010) 709–728

[7] F. Boussu, I. Cristian, S. Nauman, « General definition of 3D warp interlock fabric architecture », Composites Part B: Engineering , 2015, vol. 81, p. 171 – 188.