COMPORTEMENT EN DÉCHIRURE DES TEXTILES ENDUITS

COMPORTEMENT EN DÉCHIRURE DES TEXTILES ENDUITS APRÈS VIEILLISSEMENT THERMO-OXYDATION

5.1 Introduction

Dans les chapitres précédents, l’énergie rupture du matériau textile (propriété mécanique intrinsèque) a été présentée. Cette propriété détermine d’une manière plus précise la résistance à l’amorçage de déchirure dans les matériaux textiles. L’objectif principal de ce chapitre est d’évaluer si une diminution de l’énergie de rupture des textiles enduits se produit lorsque ceux-ci sont utilisés à de hautes températures. Pour ce faire, des tests de vieillissement thermique ont été menés dans des conditions sévères afin de prédire l’évolution de l’énergie de rupture à long terme. Lors du vieillissement des polymères, le comportement d’une propriété est souvent décrit en fonction de la température selon une loi de type Arrhenius (Tung and Vu-khanh 2007) :

( )

Où x est la variation de la propriété, t est le temps de vieillissement, Ea est l’énergie

d’activation, R est la constante de gaz, T est la température appliquée et f(x) sont les fonctions

caractéristiques.

En utilisant cette méthode, cette étude sera réalisée par la détermination de l’évolution de l’énergie de rupture, en fonction de la température, des matériaux suivants : textiles enduits, support textile et couche de l’enduit. De même, la variation de la force de délaminage du textile et de l’enduit selon la variation de la température sera déterminée. Ensuite, la loi de type Arrhenius sera utilisée afin de pouvoir prédire les comportements en déchirure du matériau. Enfin, cette étude sera couplée avec une analyse des propriétés chimiques et physiques du matériau pour en préciser les mécanismes de dégradation.

5.2 Justification de l’importance de l’étude

Durant les dernières années, un effort marquant, en particulier dans notre laboratoire de recherche (CSST), a été consacré à l’étude de l’effet de vieillissement sur la résistance mécanique des vêtements de protection, notamment les vêtements de pompiers et les gants de protection. Des méthodes normalisées ont été établies pour mesurer les propriétés mécaniques ainsi que physico-chimiques de ces matériaux. Les chercheurs ont réalisé des tests de vieillissement accéléré dans différentes conditions (thermique, humidité et UV) afin de déterminer l’évolution des propriétés en traction (résistance et élongation à la rupture) et en déchirure pour des tissus et des tissus enduits (force de déchirure) (Arrieta et al. 2011; El Aidani et al. 2011). Ces auteurs ont montré que le vieillissement a un effet significatif sur ces différentes propriétés.

Cependant, ces travaux n’ont pas étudié l’effet du vieillissement sur la variation de l’énergie de rupture de ces matériaux (l’énergie nécessaire pour faire propager une fissure dans une structure textile). Le calcul de ce paramètre semble indispensable dans le cas de vêtements de protection. De fait, le calcul de cette variable permet de déterminer l’amorçage de la fissure dans le matériau. Il est important de mentionner que ce paramètre prend en compte la propagation de la fissure.

5.3 Matériaux et méthodologie

Afin de vérifier l’effet du vieillissement sur les propriétés mécaniques et physico-chimiques des vêtements de protection, des textiles enduits formés par un tissu en polyester laminé par une couche de polyacétate de vinyle ont été utilisés. Dans la plupart des cas, ces vêtements sont utilisés dans des domaines où l’usager est soumis à des conditions de chaleur intense. Pour simuler ces conditions sévères d’utilisation, des échantillons en tissus enduits sont exposés à de hautes températures, dans un four électrique, pendant différentes durées afin de déterminer l’énergie de rupture pour chaque condition. L’intervalle de température appliquée est déterminé selon les conditions d’utilisation de ces matériaux. Il varie de 70°C à 170°C (70, 100, 130, 150 et 170°C).

5.4 Influence du vieillissement sur l’énergie critique de déchirure

Le vieillissement thermique des tissus en polyester, des élastomères en polyacétate de vinyle et des tissus enduits en polyester-polyacétate de vinyle s’exprime par une réduction de leur énergie de rupture. En effet, une réduction de plus de 50% de la rétention de l’énergie de rupture des matériaux a été constatée.

5.4.1 Tissus

La Figure 4.31 illustre l’évolution de la rétention de l’énergie de rupture des tissus, qui est

égale le rapport entre l’énergie de rupture du matériau vieilli et celle du matériau neuf ( vieilli

initial C

C G

G ), en fonction du temps de vieillissement à différentes températures. D’après ces

résultats, il est évident qu’il y a une diminution de l’énergie de rupture des tissus sous l’effet de ces conditions. Cette évolution est similaire pour toutes les températures de vieillissement. Cette tendance s’explique possiblement par le fait que le mécanisme de dégradation qui cause la réduction de l’énergie de rupture est le même pour toutes les conditions choisies. La vitesse de dégradation, toutefois, dépend de la température de vieillissement. À titre d’exemple, une exposition de longue durée à une température de 70°C entraîne une réduction de l’énergie de rupture de 30%; tandis que, pour une exposition plus courte, une importante réduction d’environ 50% de l’énergie est observée à 170°C.

Figure 5.1 Effet du vieillissement sur la rétention de l’énergie de rupture des tissus 5.4.2 Tissus enduits

De la même manière, nous avons suivi l’évolution de l’énergie de rupture des tissus enduits à différentes températures de vieillissement (Figure 5.2). Ces essais montrent que la réduction de l’énergie GCTE peut atteindre 80% de la valeur initiale. Ici, la vitesse de dégradation des

tissus enduits est largement supérieure à celle qui a été observée pour les tissus. Ceci peut être attribué à l’ajout de la couche de l’enduit. De même, comme nous l’avons observé dans le cas de vieillissement des tissus, toutes les courbes de la variation de l’énergie ont une allure semblable, ce qui suggère que le processus de dégradation est similaire pour toutes les températures. Toutefois, la vitesse de ce processus varie d’une température à une autre. Le vieillissement à 70°C montre une faible réduction (environ de 15%) de l’énergie de rupture. Par ailleurs, une importante diminution de l’énergie de rupture de l’ordre de 80% a été observée à 150°C. Soulignons que la rétention de l’énergie de rupture des tissus enduits est plus importante que celle des tissus. Il vaut la peine de remarquer que l’enduit qui a été ajouté au support textile a un effet significatif sur la dégradation des tissus enduits.

R² = 0,9675 R² = 0,892 R² = 0,9864 R² = 0,9739 R² = 0,9204 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1 10 100 1000 GCvieilli / G Cinitial Temps de vieillissement (h) Tissus-70°C Tissus-100°C Tissus-130°C Tissus-150°C Tissus-170°C Linéaire (Tissus-70°C)