Les composites à fibres de lin

Les renforts lins pour les matériaux composites se présentent sous différentes configurations. On retrouve des tissus, des mats, des fils et des mèches (figure 1.9). On retrouve très peu souvent des mo- nofilaments [71]. Au niveau de la mise en œuvre on distingue divers procédés mais les plus utilisés sont l’infusion sous vide, le moulage par transfert de résine, le moulage par compression et le moulage par injection.

FIGURE1.9 – Les différentes configurations du lin [71]

Plusieurs auteurs ont étudié le comportement mécanique des composites à renforts lin avec une ma- trice époxy. Les résines époxy présentent, par rapport aux autres résines, des propriétés mécaniques

élevées comme la résistance et le module en traction-compression. Elles possèdent aussi une grande ré- sistance à la dégradation environnementale. Notons également que les résines époxy ont une très bonne capacité de réagir aisément avec les groupes hydroxyles des fibres de lin [22].

Hughes et al. [72] ont étudié le comportement mécanique en traction d’un composite UD/époxy et ont pu établir la relation contrainte-déformation en prenant en compte l’adhérence entre les fibres et la matrice. Il a été prouvé dans [73] que les charges en compression sont notamment supportées par la matrice tandis qu’en traction elles sont très influencées par le taux volumique de fibres. Les travaux d’Oksman [74] montrent que les composites lin arctique/époxy avec une résistance en traction de 280 MPa et un module spécifique de 29 GPa/g.cm-3 _{possèdent des propriétés mécaniques bien plus élevées}

que celles des composites verre/époxy.Van de Weyenberg et al. [75] ont étudié l’influence du traite- ment alcalin sur les propriétés mécaniques en flexion d’un composite UD/époxy et ont démontré que ce genre de traitement sur les fibres de lin permet efficacement d’augmenter l’adhérence fibre-matrice et par conséquent les propriétés en flexion du composite.

Le tableau 1.6 résume les travaux réalisés par différents auteurs par rapport aux propriétés méca- niques en traction de divers composites renforcés par des fibres de lin.

Lin Mise en œuvre Vf(%) σ (MPa) E(GPa) ε(%) Réf.

Tissé 2D TC 42,5 171 - 1,72 [76] Toile MPI 40 138 13 - [77] Sergé MPI 40 126 13 - [77] UD MPI 40 250 27 - [77] UD ISV 31,4 282 18,5 2,4 [78] UD Pultrusion 50 32,5 24 - [40] UD TC 43,1 318 - - [79] UD TC 60 280 27 1,65 [80] UD TC 60 357 33 1,93 [80] UD TC 46 235 23 1,51 [80] UD TC 32 132 15 - [36] UD TC 40 133 28 - [81] UD TC 40 218 18 - [75]

Tableau 1.6 – Propriétés mécaniques de quelques composites à fibres longues de lin (TC : Thermocom- pression, MPI : Moulage par compression et ISV : Injection sous vide)

Des différentes études, il ressort que le comportement mécanique en traction des composites à fibres de lin est non linéaire [82] (figure 1.10). Initialement, on observe une partie linéaire de la courbe jusqu’à 2% de déformation puis on assiste à une diminution de la pente. Vient ensuite une partie non linéaire et à partir de 0.5 %, le comportement redevient linéaire jusqu’à la rupture.

De plus, il a été montré dans [83] qu’en jouant sur deux leviers on peut modifier les propriétés d’un composite lin. En effet, une augmentation de la quantité de fibres et une amélioration de leur alignement permettent d’augmenter les propriétés mécaniques du composite en traction.

L’effet de l’individualisation4_{des fibres de lin et de verre sur les propriétés mécaniques des composites}

époxy/UD mis en œvre par thermocompression et possédant un taux de fibres de 70% a été étudié par Coroller et al. [66]. Alors que les composites à fibres de verre ont une évolution quasi linéaire, ceux à fibres de lin présentent deux zones : une non linéaire et une linaire. Ceci a été également observé par Baley [65]. Ces études ont montré qu’une bonne dispersion des fibres au sein de la matrice augmente les propriétés mécaniques à rupture des composites puisque selon Coroller une meilleure individualisation entraîne une meilleure répartition des efforts. La figure 1.11 montre deux matériaux avec différentes

FIGURE 1.10 – Courbes contrainte-déformation de composites renforcés par des fibres de lin avant et

après vieillissement hygrothermique [82]

individualisations. Le matériau d’Hermès (a) a une contrainte de rupture de 1066 MPa alors que celui d’Andreas (b) a une contrainte de 841 MPa. Ces chiffres indiquent bien la différence de propriétés entre les deux matériaux.

FIGURE 1.11 – Individualisation des fibres de lin dans le composite (images MEB). (a) Hermès, (b)

Andrea [66]

Les études de Baley et al. [65] ont montré que l’hygrométrie des fibres de lin a une influence sur le comportement en traction d’un composite lin UD/époxy fabriqué par thermocompression. Les courbes en traction du composite et celles des fibres de lin seules ont la même tendance avec une zone initiale (faibles déformations) non linéaire et une seconde zone linéaire quand la déformation augmente comme le montre la figure 1.12. Le séchage des fibres avant la mise en œuvre n’a aucune incidence sur le module mais il fait réduire de 36% la contrainte et la déformation à rupture (la contrainte moyenne du composite à fibres non séchées est de 328 MPa environ alors que celle du composite où les fibres n’ont pas été séchées est de 210 MPa). Ce qui confirme le résultat trouvé sur les fibres de lin seules (diminution de 44% de la contrainte) [65].

FIGURE1.12 – Courbes contrainte-déformation de composite lin UD/époxy avec un taux volumique de

fibres Vf fixé à 40%. (A) fibres non séchées et (B) fibres séchées

Les travaux de Poilâne et al. [80] ont montré qu’il y a une relation linéaire entre le taux volumique de fibres et le module ainsi que la contrainte (figure 1.13). Ils ont réalisé des tests de traction sur des composites lin UD/époxy en faisant varier le taux de fibres, la vitesse de chargement et la température d’essais. Pour un taux de fibres variant de 45 à 65 %, le module et la contrainte sont passés de 23 à 33 GPa et de 230 à 330 MPa respectivement. Au delà de 100◦_{C, on assiste à une dégradation des propriétés}

mécaniques due à la dégradation des fibres mais entre 50 et 100◦_{C, les propriétés ne semblent pas être}

impactées.

FIGURE1.13 – Courbes contrainte-déformation de composite lin UD/époxy. (a) Effet du taux volumique

de fibres, Vf, avec une vitesse de chargement fixée à 10-6s-1, (b) Effet de la vitesse de chargement. [80]