Analyse microscopique des m´ecanismes d’endommagement

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L’analyse des faci`es de rupture des ´echantillons vieillis dans l’eau `a 50 ˚ C permet de caract´eriser l’´etat de vieillissement et de remonter aux m´ecanismes mis en jeu. Dans notre

´etude, nous avons d´ecoup´e deux ´echantillons de la bande dans les deux directions chaˆıne et trame. Ensuite, des observations au microscope et au MEB sont ´elabor´ees.

Concernant la bande non vieillie, on observe une bonne adh´esion entre les couches de tissu de la carcasse et les adh´esifs en caoutchouc ainsi qu’entre la carcasse et ses revˆetements.

FIGURE3.21 – La structure de la bande non vieillie.

FIGURE3.22 – La structure de la bande vieillie apr`es 6 mois d’immersion dans l’eau `a 50 ˚ C.

Apr`es 6 mois d’immersion `a 50 ˚ C, on observe une d´ecoh´esion entre pli/caoutchouc, le gonflement du caoutchouc est important aux niveaux des bords, dans ces endroits commence la d´ecoh´esion entre les plis impr´egn´es par le caoutchouc adh´esif. Des fibres d´esordonn´ees apparaissent et viennent d´etruire la structure des filaments, la taille des fibres augmente de l’ordre de 5µmet des empreintes lisses provoquent la disparition de r´esine autour des fibres, ce qui sugg`ere une d´egradation de l’interface pouvant cr´eer ainsi des zones libres pour la p´en´etration d’eau. Cela prouve bien que l’eau agit de mani`ere agressive et peut p´en´etrer plus facilement et de fac¸on plus abondante par les espaces cr´ees `a l’interface pli/caoutchouc ou mˆeme fibre/matrice.

3.5 Conclusion

Les essais de caract´erisation en traction de la bande ont montr´e l’existence de deux do-maines de comportement : domaine ´elastique et plastique. Il est bien ´evident que le renfor-cement en carcasse textile a gouvern´e la rigidit´e de la bande EP 800/4 (la r´esistance `a la rupture de la carcasse est de 62 MPa dans la direction des chaˆınes (PET) et pour la bande dans la mˆeme direction, elle est de l’ordre de 80 MPa). La carcasse a limit´e les grandes d´eformations du revˆetement en caoutchouc suffisant de caract´eriser le caoutchouc par son module d’Young dans le domaine lin´eaire (jusqu’`a 22% de d´eformations) si on veut limiter l’´etude de mod´elisation dans le domaine ´elastique de la bande (qui ne d´epasse pas les 10%

de d´eformations).

Les propri´et´es de diffusion et d’expansion hygroscopique de la bande et de ses composants (le revˆetement en caoutchouc et la carcasse textile) sont identifi´ees en passant par des exp´eriences gravim´etriques et de gonflement. Les r´esultats du processus de diffusion d’humidit´e montrent que la carcasse textile est la composante la plus sensible `a la diffusion d’eau ce qui engendre la d´egradation de la bande au cours de son service `a long terme. Le caoutchouc est moins sensible `a la diffusion d’humidit´e, il est utilis´e pour prot´eger la carcasse afin de minimiser la p´en´etration d’humidit´e dans les couches textiles. En revanche, la contribution du gonflement hygroscopique important du caoutchouc se manifeste par l’apparition de d´elaminages entre le caoutchouc et les fibres textiles (suite `a des observations microscopiques). La rigidit´e de la bande est gouvern´ee par le renforcement des chaˆınes en polyester qui est, d’apr`es les r´esultats gravim´etriques, le plus sensible dans la condition d’immersion dans l’eau. Des mod`eles ana-lytiques simples Fickian, s´equentiels Dual Fickian SDF et diffusion-relaxation sont d´etaill´es et confront´es aux r´esultats gravim´etriques afin d’´evaluer les param`etres de diffusion du caou-tchouc de revˆetement sup´erieur, de la carcasse textile (dans les deux directions (L, T)) et de la structure composite de la bande EP 800/4. Le simple processus de diffusion Fickian contrˆole l’absorption lin´eaire initiale mais il est insuffisant pour d´ecrire le comportement de diffusion

`a long terme. Le mod`ele SDF d´ecrit correctement le d´ebut (en tant que simple Fickian) et le second m´ecanisme de diffusion de la bande dans la direction longitudinale, mais semble insuffisant pour des temps d’exposition `a long terme. Le mod`ele de diffusion-relaxation est ensuite propos´e pour la bande et sa carcasse. En comparaison avec le vieillissement dans l’air humide, la bande immerg´ee dans l’eau a abouti `a des taux d’humidit´e beaucoup plus ´elev´es.

Une variation significative des caract´eristiques de diffusion d’humidit´e est r´ev´el´ee entre la direction transversale et longitudinale de la bande composite dans diff´erentes conditions de vieillissement.

Les r´esultats de caract´erisation m´ecanique et hygroscopique issus de ce chapitre vont servir

`a l’implantation des mod`ele num´eriques et analytiques de pr´ediction de la dur´ee de vie de la bande soumise `a des conditions op´erationnelles coupl´ees.

Chapitre 4

Comportement en traction et choix de

proc´ed´e pour la r´eparation par collage de patchs internes de la bande transporteuse EP 800/4

Contents

4.1 Introduction . . . 116 4.2 Les essais d’impact . . . 117 4.2.1 Appareillage et param`etres d’essais . . . 117 4.2.2 M´ecanismes d’endommagement de la bande lors de l’essai d’impact120 4.3 Etude exp´erimentale de la r´eparation par collage de patch interne . . . 122 4.3.1 Configuration des ´eprouvettes r´epar´ees . . . 122 4.3.2 Traitement et pr´eparations des surfaces . . . 123 4.3.3 Pr´eparation des ´el´ements de r´eparation . . . 125 4.3.4 Proc´ed´e de r´eparation par polym´erisation `a froid . . . 127 4.3.5 Proc´ed´e de r´eparation par vulcanisation `a chaud . . . 128 4.4 Essais statiques et choix du proc´ed´e de r´eparation . . . 130 4.4.1 Comportement en traction de la colle `a froid ELASTOLOGUE 2000130 4.4.2 Traction des ´eprouvettes r´epar´ees par polym´erisation . . . 132 4.4.3 Traction des ´eprouvettes r´epar´ees par vulcanisation . . . 135 4.4.4 Choix du proc´ed´e de r´eparation . . . 137 4.5 Conclusion . . . 139

4.1 Introduction

Au cours du fonctionnement normal, les bandes transporteuses peuvent ˆetre soumises `a des impacts `a basses vitesses et des chocs qui sont souvent de nature accidentelle. La criticit´e des endommagements est plus au moins n´efaste ce qui engendre dans la plupart des cas la pro-pagation des endommagements jusqu’`a provoquer la rupture pr´ematur´ee de la bande. Dans de nombreuses applications, la bande `a convoyeur est int´egr´ee dans un syst`eme de production continu (le cas des syst`emes automatis´es) ce qui provoque le coˆut ´elev´e de remplacement de la bande. Pour cette raison, On peut envisager la r´eparation de la bande endommag´ee comme une bonne alternative ´economique et m´ecanique. Une des solutions les plus pratiques pour la r´eparation des bandes transporteuses consiste `a enlever toute la zone endommag´ee et de coller des plis de tissu impr´egn´es par les adh´esifs en caoutchouc et des patchs de recou-vrements en place de la surface retranch´ee. La technique de collage des patchs internes est largement utilis´ee et ´etudi´ee dans la r´eparation des structures m´etalliques [5] aussi bien dans la r´eparation des structures composite de haute performance [109] pour arrˆeter la propaga-tion des d´efauts. En revanche, la r´eparapropaga-tion des bandes transporteuses avec carcasse textile, comme ´etant un mat´eriau composite complexe, est beaucoup moins ´etudi´e. En comparant plusieurs m´ethodes de r´eparation des structures composites [5,110] , nous avons constat´e que la m´ethode de r´eparation par collage de patchs internes est la plus facile et rapide `a mettre en œuvre. Cependant, la performance de cette m´ethode de r´eparation d´epend, d’une part, du proc´ed´e de vulcanisation ou de polym´erisation en consid´erant les r´eactions chimiques mises en jeu, et d’autre part, des diff´erents param`etres m´ecaniques des substrats , de l’adh´esif et de leur interface. du type de sollicitation, de la g´eom´etrie et de l’orientation du tissu ,etc.

Dans cette ´etude, nous avons utilis´e la m´ethode de collage des patchs internes pour r´eparer notre bande endommag´ee. L’endommagement de la bande dans les deux directions transver-sale et longitudinale est provoqu´e par des essais de chute libre pour reproduire les mˆemes dimensions de la zone endommag´ee sur les ´eprouvettes halt`eres prises de la bande.

Ce chapitre d´ecrira les travaux r´ealis´es sur la r´eparation de la bande EP 800/4 par collage de patchs internes, en utilisant deux proc´ed´es : la vulcanisation `a chaud et la polym´erisation

`a froid. Dans un premier temps, la caract´erisation en traction de la colle `a froid ELAS-TOLOGUE 2000 est r´ealis´ee. Ensuite, la r´eparation soumise `a une traction uniaxiale a ´et´e consid´er´ee. Notre attention porte sur l’aspect exp´erimental afin de comprendre les m´ecanismes d’endommagement dans une r´eparation et de choisir le meilleur proc´ed´e de r´eparation par patch.

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