Description de la démarche adoptée

Comme cela a été évoqué précédemment, le procédé développé met en jeu différents paramètres clefs. Ces paramètres peuvent avoir une influence sur la structure et les propriétés des matériaux. Ils sont au nombre de quatre : la tension de freinage exercée sur la nappe à sa sortie du stand, la température de chauffage, la pression de consolidation au niveau du mandrin et la vitesse d’enroulement.

Les paragraphes suivants présentent l’influence de trois d’entre eux, c’est/à/dire la tension, la pression et la vitesse. En effet, le procédé, tel qu’il était à ce moment de l’étude, ne nous permettait pas de réguler la température de manière précise. La régulation est effectuée en définissant une fenêtre de températures pour chaque pyromètre avec un écart de 50°C minimum entre la température haute et la température basse. Lorsque la température mesurée était en dehors de cette plage, le système régulait la puissance des lampes pour la réajuster. Cependant la régulation ne permet pas de stabiliser la valeur, on relève ainsi des oscillations. La Figure 108 présente un exemple de mesure des températures des zones de préchauffage et chauffage au cours de la mise en œuvre.

Chapitre III : Développement d’un procédé d’enroulement filamentaire et influence des paramètres

Figure 108 : Mesure des températures des zones de préchauffage et de chauffage de la nappe lors de la fabrication d'un anneau de CarbostampTM _{PA 12}

A l’aide de ces mesures, nous nous assurons d’avoir une température supérieure à la température de fusion de la matrice et de ne pas dégrader celle/ci. Le Tableau 31 montre les valeurs minimales, maximales et moyennes de température dans les deux zones lors d’une mise en œuvre à une vitesse de 1 m/min pour les deux matériaux.

CarbostampTM _{PA 12 Carbostamp}TM _{PA 6} Zone de préchauffage Zone de chauffage Zone de préchauffage Zone de chauffage Tmin 190 °C 175 °C 217.5 °C 225.2 °C Tmax 242.2 °C 251 °C 244 °C 235.8 °C Tmoy 211.2 °C 192 °C 227 °C 231 °C

Tableau 31 : Relevé des températures minimales, maximales et moyennes dans les zones de préchauffage et chauffage lors d'une mise en œuvre à 1 m/min

Si l’on s’intéresse à la température au niveau du contact avec le mandrin, on constate que celle/ci est toujours supérieure à la température de fusion de la matrice lors de la fabrication de l’objet, mais également supérieure à la température de fin du pic de fusion déterminée dans le chapitre I, paragraphe 1.2.1. Ainsi, il est certain que toutes les cristallites sont fondues.

L’étude de l’influence des trois autres paramètres est réalisée sur des anneaux fabriqués avec différentes valeurs de tension de freinage, pression de consolidation et vitesse. Une combinaison standard de paramètres est choisie dans un premier temps (Tableau 32).

Paramètre Valeur

Tension de mèche 20 N

Pression de consolidation 5 bars

Vitesse de dépose 1 m/min

Tableau 32 : Combinaison standard de paramètres de mise en œuvre d'anneaux en CarbostampTM _PA

6 et CarbostampTM _{PA 12}

Pour étudier l’influence d’un paramètre, nous faisons varier sa valeur et gardons les autres paramètres à la valeur définie ci/dessus.

Pour chaque paramètre, les anneaux sont soumis à des analyses structurales et des essais mécaniques.

D’un point de vue structural et microstructural, des mesures de fraction volumique de fibres par pyrolyse et des mesures de taux de porosité ouverte par pesée hydrostatique sont réalisées. Le suivi de la fraction volumique de fibre permet de mettre en évidence des pertes de masse en matrice, qui pourraient être liée à une dégradation de celle/ci ou à un fluage lors de la consolidation au niveau du mandrin. Les mesures de taux de porosité par pesée hydrostatique sont complétées par des observations au microscope optique.

D’un point de vue des propriétés mécaniques, nous avons choisi d’effectuer des essais de traction sur des anneaux en nous basant sur la norme américaine ASTM D 2290/92 [84]_{. Cet essai}

permet une caractérisation simple de pièces réalisées par enroulement filamentaire. Il est difficile en effet de prélever des échantillons plans dans des pièces réalisées avec ce procédé. Le principe de cet essai a été décrit dans la première partie de ce mémoire, l’étude bibliographique. La Figure 109, déjà visible dans cette même étude, présente le dispositif d’essai tel qu’il a été décrit par Henninger [82, 83] _{et al.}

Figure 109 : Dispositif de traction sur anneau composite suivant la norme ASTM D 2290 (Henninger[82, 83] ₎

Chapitre III : Développement d’un procédé d’enroulement filamentaire et influence des paramètres

Cet essai est facile à réaliser. Cependant, la distribution des contraintes le long du périmètre de l’anneau n’est pas homogène, et il existe une concentration importante des contraintes au niveau de l’espace entre les deux demi/lunes (half/shells sur la Figure 109). Pour minimiser cet influence, Henninger [82, 83] _{et al. mentionnaient l’intérêt de travailler avec des échantillons de}

faibles épaisseurs. Nous avons donc travaillé avec des épaisseurs d’échantillons comprises entre 1 et 1,5 mm.

L’allongement est non homogène dans l’ensemble de l’échantillon. Il est donc par conséquent impossible de déterminer un module. Nous nous limiterons donc à la détermination de la résistance de l’échantillon c’est/à/dire sa contrainte à rupture. Celle/ci est calculée à l’aide du rapport de la force maximale Fmax atteinte à rupture par l’échantillon divisée par la somme des

sections se trouvant à l’interface entre les deux demi/lunes A1 et A2.

2 2 1 1 max 2 1 max

d

w

d

w

F

A

A

F

=

₊

=

₊

σ

wi et di représentent respectivement la largeur et l’épaisseur de l’échantillon au niveau de

chaque section.

A cause de la concentration de contraintes au niveau de l’espacement entre les outils, la contrainte à rupture mesurée est très inférieure à la valeur obtenue lors d’un essai de traction longitudinale sur un échantillon plan. Ce fait n’a pas grande importance, tous les échantillons sont testés dans les mêmes conditions et l’influence des paramètres sur les propriétés mécaniques est évaluée par comparaison des résultats obtenus entre eux et non par comparaison avec des données fournisseurs ou des résultats sur des éprouvettes planes fabriquées par thermo compression.

La norme utilisée [84] _{suggère également de réaliser des entailles sur les échantillons, au niveau}

des sections se trouvant à l’espacement entre les outillages. Ces entailles permettent de localiser la rupture à leur niveau (Figure 110).

Laiarinandrasana[132] _{et al. ont évalué l’influence de ces entailles lors d’essais sur des anneaux}

de polyéthylène haute densité (PEHD). Ils ont montré que les entailles permettaient de minimiser les déformations à rupture et d’obtenir des valeurs de contraintes à ruptures plus élevées.

Nous avons également effectué cette comparaison (Figure 111).

Figure 111 : Influence de l'insertion d'entailles sur la courbe contrainteDdéformation d'un essai de traction sur anneau (Cas du CarbostampTM _{PA 12)}

Comme l’avaient constaté Laiarinandrasana[132] _{et al. sur le PEHD, les entailles permettent de}

limiter la déformation à rupture. En revanche, la contrainte à rupture n’est pas influencée. L’étude comparative se basant sur ce paramètre, nous décidons de nous affranchir de ces entailles, facilitant ainsi la réalisation des essais. D’autre part, nous pouvons constater que, conformément à ce qui a été dit précédemment, les valeurs obtenues sont inférieures à celles mesurées sur des échantillons mis en œuvre par thermo compression (1870 MPa pour le CarbostampTM _{PA12, cf}

chapitre I paragraphe 3.2.1).

La Figure 112 présente les courbes contrainte/déformation obtenues pour une série d’anneaux de CarbostampTM _{PA 12 fabriqués avec le même jeu de paramètres. Pour chaque jeu}

de paramètre, les séquences testées sont identiques. Il s’agit d’anneaux avec six plis à 90°.

Sur certaines courbes, il apparait des chutes de contraintes préalables à la rupture, pouvant être attribuées à des ruptures de fibres.

Chapitre III : Développement d’un procédé d’enroulement filamentaire et influence des paramètres

Figure 112 : Courbes des essais de traction sur anneaux composites en CarbostampTM _{PA 12}

(fabrication avec le jeu de paramètres standard)

On peut constater qu’il y a une bonne reproductibilité dans les essais et une faible dispersion entre les différentes courbes. Ceci nous conforte dans le choix de cet essai de caractérisation mécanique.

Par ailleurs, nous pouvons également constater que le comportement des anneaux est linéaire élastique jusqu’à rupture. Cela paraît logique étant donné que ce sont les fibres qui sont sollicitées.