D.3. Comportement hygromécanique

Les échantillons précédemment conditionnés pendant 20 jours à 80% HR et 20°C

sont ensuite soumis à un essai en flexion de manière à observer l'effet de l'humidité sur le

comportement mécanique du polyester et des composites.

IV.D.3.a. Influence du taux de renforts

Les courbes contrainte-déformation en flexion du polyester et des composites avec

renforts non-traités sont représentées à la Figure IV-24. Après conditionnement, la rupture

du polyester semble survenir plus rapidement, et dans le domaine élastique. Le module

d’élasticité des composites reste supérieur à celui de la matrice non renforcée, et d’autant

plus grand que le taux de renforts est élevé. Comme pour les essais à température

ambiante, la rupture des composites survient dans le domaine élastique et pour une

déformation inférieure à 2%.

Figure IV-24 – Courbes contrainte-déformation en flexion du polyester seul et renforcé de

farine de bois non-traitée, après conditionnement à 80% d'humidité relative, à 20°C

Influence de la fluoration sur les propriétés mécaniques des composites

Les propriétés mécaniques des trois matériaux sont déterminées et comparées à

celles évaluées à humidité ambiante (Tableau IV-11). Malgré l’absorption d’une plus grande

quantité d’eau (paragraphe IV.D.2.a), les composites restent plus rigides que le polyester.

Leurs propriétés à rupture sont, par contre, inférieures à celles du polyester non-renforcé.

Les données à humidité ambiante (environ 40% HR) sont celles recueillies au paragraphe

IV.B.2. Après conditionnement, on observe une augmentation de 60% du module d’élasticité

et de 28% de la contrainte à rupture du polyester. La présence d’eau semble rigidifier la

matière plastique. Cela rend aussi son comportement fragile, diminuant sa flèche maximale

de 60%. Un effet similaire est constaté sur le module d’élasticité et la flèche des composites

bois-polyester. Toutefois, la contrainte à rupture des composites n’est pas modifiée.

Tableau IV-11 - Propriétés mécaniques en flexion du polyester seul et renforcé de farine de

bois non-traitée, après conditionnement à 80% d'humidité relative, à 20°C

Équilibre à d’élasticité^Module (GPa)

Contrainte à

rupture (MPa)

Flèche maximale

10

^-2

Polyester (UP)

Amb. (40%) 2,2 ± 0,1 76,0 ± 2,3 7,5 ± 1,4

80% 3,5 ± 0,1 97,1 ± 4,9 3,0 ± 0,3

Composite

UP-bois 20%

Amb. (40%) 2,9 ± 0,1 51,1 ± 2,5 2,1 ± 0,1

80% 4,1 ± 0,4 50,3 ± 4,7 1,3 ± 0,1

Composite

UP-bois 40%

Amb. (40%) 4,5 ± 0,3 50,1 ± 1,8 1,4 ± 0,1

80% 5,8 ± 0,5 50,6 ± 0,4 1,0 ± 0,1

L’augmentation du module d’élasticité et la diminution de l’allongement à rupture

constatées pour le polyester en présence d’eau sont cohérentes avec les données trouvées

dans la littérature (Perrot, 2006). Ces deux phénomènes peuvent être attribués à un effet

réticulant de l’eau sur la résine. Il en est de même pour les composites bois-polyester.

IV.D.3.b. Effet de la fluoration des renforts

Les courbes contrainte-déformation obtenues pour les composites avec 40% de

renforts non-traités et fluorés en conditions humides (80%) sont représentées à la Figure

IV-25. Les composites avec renforts traités possèdent un module d’élasticité et une

contrainte à rupture plus élevés, en accord avec les observations faites à humidité ambiante.

non-Figure IV-25 – Courbes contrainte-déformation des composites avec renforts non-traités et

fluorés, après conditionnement à 80% d'humidité relative, à 20°C

Les propriétés mécaniques des composites avec renforts non-traités et fluorés sont

répertoriées dans le Tableau IV-12 pour les deux conditions d’humidité étudiées. Le

conditionnement sous humidité relative de 80% a augmenté le module d’élasticité des

composites avec renforts fluorés de 40%, contre 29% pour les composites non-traités. Les

faibles écart-types relevés pour cette propriété (8% à 10%) viennent conforter cette

augmentation de la rigidité. Les propriétés à rupture ont, par contre, été détériorées,

notamment la flèche qui subit une réduction de 60%. La diminution de la contrainte à rupture

de 7% est peu significative au regard des écart-types élevés (6% à 9%).

Tableau IV-12 - Propriétés mécaniques en flexion des composites avec renforts non-traités et

fluorés, après conditionnement à 80% d'humidité relative, à 20°C

Équilibre à d’élasticité^Module (GPa)

Contrainte à

rupture (MPa)

Flèche maximale

10

^-2

Composite

UP-bois 40%

Amb. (40%) 4,5 ± 0,3 50,1 ± 1,8 1,4 ± 0,1

80% 5,8 ± 0,5 50,6 ± 0,4 1,0 ± 0,1

Composite

UP-bois fluoré 40%

Amb. (40%) 5,6 ± 0,6 63,8 ± 5,7 1,3 ± 0,1

80% 7,8 ± 0,6 59,2 ± 3,4 0,8 ± 0,0

Influence de la fluoration sur les propriétés mécaniques des composites

Les composites polyester-bois fluoré conservent un module d’élasticité supérieur

(+35%) à celui des composites avec bois non-traité après conditionnement à 80% d’humidité

relative.

La fluoration de la farine de bois permet de diminuer l’énergie de surface et la teneur

en eau des composites bois-polyester. Elle améliore également le module d’élasticité en

flexion des composites, même après conditionnement à forte humidité. Toutefois, elle ne

semble pas aider à la préservation des propriétés mécaniques à rupture, contrainte et

allongement, des composites en conditions humides.

IV.E. Conclusions du chapitre

L’analyse par tomographie à rayon X a montré la présence de bulles d’air de taille

non négligeable à l’intérieur des composites bois-polyester, même si leur porosité globale

reste faible. Le taux de pores dans les composites ne semble pas impacté par le traitement

de la farine de bois.

En traction comme en flexion, l’ajout de farine de bois non-traitée dans le polyester

augmente sa rigidité mais diminue ses propriétés à rupture. La fluoration des renforts tend à

améliorer le module d’élasticité et la contrainte maximale des composites bois-polyester,

bien que l’allongement à rupture reste inchangé. Le traitement montre ainsi un effet positif

sur les propriétés mécaniques des composites, en flexion comme en traction.

La présence de farine de bois diminue la déformation en fluage du polyester sous

l’effet de la température. Le traitement de la farine accentue cet effet en diminuant encore la

déformation du composite sous une même sollicitation. La fluoration directe des renforts

permet une augmentation de la rigidité des composites bois-polyester et une diminution de

l’influence de la température sur leur comportement mécanique. En outre, le facteur

d’amortissement des composites est également amélioré.

Les propriétés hygroscopiques des composites bois-polyester sont améliorées par la

fluoration des renforts : tant leur énergie de surface que leur teneur en eau sont diminuées.

Toutefois, le traitement ne présente pas de réelle amélioration au niveau du comportement

hygromécanique des composites.

La fluoration directe des renforts a permis une amélioration des propriétés

mécaniques en traction, flexion et fluage, ainsi que des propriétés hygroscopiques (en

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