Comparaison UD/bi-axial

Afin d’étudier la différence entre un renfort UD et un renfort bi-axial vis-à-vis de leur comportement en compaction, deux renforts de lin ayant des grammages proches ont été testés. Il s’agit du bi-axial 250 g/m2_{et du renfort UD grille 200 g/m}2_.

La figure 3.13 présente le résultat de ces essais. Mais, avant d’en discuter, faisons une analyse géné- rale de la courbe de compaction.

Le comportement affiché par chacun des deux renforts est à l’image du comportement typique d’un renfort fibreux sollicité en compaction, indépendamment de tous les facteurs d’influence que nous allons étudier. En effet, le comportement global est non linéaire avec une augmentation rapide de la pression de compaction en fonction de la fraction volumique de fibres.

Ce comportement expérimental confirme les observations que nous avons faites dans la littérature et que nous avons exposées dans le chapitre 1. Les courbes sont composées de trois zones différentes : (1) linéaire, (2) non linéaire et (3) linéaire [110].

(1) En début d’essai, lorsque les efforts appliqués sont faibles, l’épaisseur du renfort diminue essen- tiellement dû à la fermeture des pores entre les fibres et à la désondulation (redressement) des fibres ou des mèches.

(2) Plus les efforts sont importants, plus le contact entre les fibres est marqué et le frottement entre fibres commence à s’opposer à la compaction. La résistance à la compression du renfort augmente alors de façon exponentielle avec la pression.

(3) À partir d’un certain effort, quand les vides entre fibres sont suffisamment petits et quand le glisse- ment de fibres atteint sa limite, les fibres sont elles-mêmes comprimées. Les efforts s’élèvent rapidement en fonction du taux volumique.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 Taux volumique de fibres (%)

0 50 100 150 200

Pression de compaction (kPa)

Tissu bi-axial (bi-biais) de lin 250 g/m² UD grille de lin 200 g/m²

(a) Courbes P −Vf

0 20 40 60 80 100

Taux volumique de fibres (%) Bi-axial 250 g/m²

UD grille 200 g/m² (1) Redressement plis et mèches

(2) Glissement plis et mèches (3) Compression mèches et fibres

(b) Phases de compaction

Par rapport au renfort unidirectionnel, on observe qu’à pression de compaction égale, le renfort bi- axial présente des taux volumiques de fibres plus élevés. Le renfort unidirectionnel est donc plus com- pactable que le bi-axial. Même si cette remarque est vraie quelle que soit la pression de compaction, nous allons prendre Po=1 bar comme pression de référence, soit 100 kPa. Cette valeur correspond quasiment

à celle de la dépression utilisée en infusion (voir chapitre 2) pour mettre sous compaction les préformes (-0.95 bar). Le tableau 3.10 donne les valeurs du taux volumique de fibres à 1 bar pour les deux renforts ainsi que leur taux de remplissage surfacique.

Renfort bi-axial 250 g/m2 _{Renfort UD grille 200 g/m}2 _{Gain (%)}

Vf à P = 1 bar (%) 31,84 35, 63 11,90

Trs(%) 93,87 86,73 -

Tableau 3.10 – Comparaison UD / bi-axial : tableau des valeurs de Vf

À priori, lorsqu’on regarde le taux de remplissage surfacique des deux renforts, on pourrait imaginer que le renfort bi-axial qui possède un taux de remplissage plus grand que celui du renfort UD serait plus compactable que ce dernier (parce qu’un taux de remplissage élevé signifie que le renfort est moins poreux). Mais ce résultat montre que ce n’est pas forcément le cas. Ce qui compte dans la réduction de la porosité du renfort n’est pas uniquement le taux de fibres de départ mais aussi la capacité du renfort à se déformer afin de remplir les espaces interstitiels lors de la mise sous compaction, pour faire augmenter le taux de fibres final.

La valeur plus élevée du taux volumique de fibres du renfort UD s’explique par le fait que le phé- nomène de nesting se déroule plus facilement dans les renforts UD que les multi-axiaux. Comme nous l’avons déjà vu, le nesting contribue grandement à la réduction de l’épaisseur du renfort ou de l’em- pilement durant la compaction. La figure 3.13b explique parfaitement ce résultat. En l’analysant, nous pouvons voir que pour le renfort UD, comparativement au renfort bi-axial, les plis et les mèches se re- dressent plus vite et le nesting apparaît plus rapidement. Cette apparition rapide du nesting témoigne de la bonne capacité du renfort unidirectionnel à se déformer en vue de faciliter le compactage. On re- marquera aussi que non seulement ce phénomène de glissement de plis survient plus vite mais aussi il se déroule plus longuement par rapport au renfort bi-axial (étendue de 41,1% de fibres contre 23,6%). Ceci montre que les plis et les mèches arrivent suffisamment à glisser les uns par rapport aux autres et à s’entremêler. Ce qui favorisera le remplissage des espaces vides. À la suite de ce glissement, les fibres se compriment pour achever le processus de réduction des porosités contenues dans l’empilement.

Dans les UD, les fibres suivent une seule direction et sont parallèles non seulement entre elles au sein du même pli mais aussi parallèles aux fibres des plis voisins de l’empilement. Ces fibres peuvent donc, durant la compaction faire déplacer d’autres fibres voisines pour remplir les vides ou les espaces creux, et créer ainsi une structure compacte. Par contre, dans les renforts multi-axiaux les vides laissés par l’entrecroisement des mèches ou fils sont difficiles à remplir par les fibres des couches voisines qui comportent elles-mêmes des espaces inter-mèches. Le compactage entre des plis où les fibres sont toutes orientées dans la même direction est plus facile qu’entre des plis avec différentes orientations des mèches ou des fibres. Le renfort bi-axial est formé de deux nappes croisées entre elles, orientées à 45◦_{l’une par}

rapport à l’autre et cousues par un fil. Le croisement de ces nappes crée des trous dans le renfort qui se révèlent difficiles à remplir (figure 3.14b).