Essais de flexion trois points sur appuis rapprochés

Afin de caractériser la qualité de la consolidation interpli, l’essai mécanique sélectionné au cours de cette thèse est l’essai de flexion trois points sur appuis rapprochés (InterLaminar Shear Strength – ILSS). En effet cette méthode permet d’évaluer la résistance apparente au cisaillement interlaminaire d’un stratifié thermodurcissable ou thermoplastique et de préférence unidirectionnel. Les tests de cisaillement sont réalisés sur une machine d’essai Zwick Z010 (1- 10kN). Pour de tels essais, les dimensions des éprouvettes et les conditions de montage sont réglementés par les normes NF EN 2563 et NF EN ISO 14130 [19], [20]. L’épaisseur (e) des éprouvettes correspond à celle des stratifiés élaborés environ 2,30 mm. La longueur est prise

Figure 2- 30 : Exemple d'une cartographie obtenue en contrôle face avant

Propriétés matériaux et méthodes expérimentales

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dans la direction des fibres et vaut 23 mm (=10e_{), la largeur est égale à 11,5 mm. De même,}

l’écart entre les appuis vaut 11,5 mm. Les deux appuis inférieurs ont un rayon de 2 mm et celui du poinçon supérieur est égal à 5 mm (cf. Figure 2-31). La vitesse de déplacement du poinçon supérieur est de 0,5 mm/min. Enfin, la cellule de charge utilisée est une cellule de 10 kN. On réalise plusieurs essais ILSS par stratifié. Pour des raisons de dimensions, on en effectue quatre pour les plaques consolidées en étuve et trois pour les plaques consolidées sur plateau chauffant.

Figure 2-31: Montage d'essais ILSS

Au cours de cette thèse, on ne cherche pas à obtenir une valeur absolue de la résistance au cisaillement interlaminaire mais à avoir des valeurs relatives afin de comparer la qualité des plaques entre elles. L’essai doit donc, avant tout, être reproductible et discriminant. Pour ces mêmes raisons, on ne réalise pas d’observations microscopiques au cours de l’essai. On ne cherche pas à étudier le scénario d’endommagement du stratifié.

Différents modes de rupture peuvent avoir lieu lors de l’essai : rupture par cisaillement ou encore rupture par flexion sous le poinçon supérieur. Il est également possible d’observer une déformation plastique du stratifié (cf. Figure 2-32). Seul un mode de rupture par cisaillement est souhaité au cours de ce type d’essai, car la valeur de contrainte à rupture permet alors de déterminer la résistance au cisaillement selon l’Equation 2-13. Pour l’ensemble des plaques, on obtient de très faibles dispersions des valeurs de résistance au cisaillement interlaminaire au sein d’une même plaque. Cependant, on constate des déformations plastiques dans le cas d’éprouvettes correctement consolidées et non pas toujours des ruptures par cisaillement. Dans notre cas, l’absence de délaminage n’est pas gênant, car l’objectif est d’évaluer, par ce type d’essais, la qualité de l’adhésion interpli pour des stratifiés mal consolidés. Dans ces cas, les éprouvettes rompent alors bien par cisaillement interlaminaire. Les résultats obtenus par essais ILSS sont donc suffisamment discriminants pour identifier les conditions optimales permettant une bonne consolidation interpli

𝜏 = 3𝐹𝑅 4𝑏ℎ

Equation 2-13

𝜏 : Résistance au cisaillement interlaminaire (MPa) b : largeur de l’éprouvette (mm)

FR : force à rupture (N)

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a) Cisaillement simple b) Cisaillement multiple

c) Déformation plastique d) Flexion

Figure 2-32 : Présentation des modes de rupture et de déformation obtenus lors d'essais ILSS [20]

.

C.4) Conclusion

Cette partie montre les trois méthodes de caractérisation sélectionnées pour étudier la qualité de la consolidation interpli des stratifiés consolidés par pression de compaction en étuve ou sur plateau chauffant. Ainsi le contrôle par thermographie infrarouge active et les observations microscopiques permettent d’étudier les porosités et les lames d’air potentiellement présentes dans le stratifié. Les essais mécaniques de type ILSS sont, quant à eux, un moyen de comparer les qualités d’adhésion interpli entre deux stratifiés. Ainsi l’ensemble de ces méthodes nous fournit des critères permettant d’évaluer la qualité du matériau et donc par ce biais de déterminer les conditions optimales d’élaboration.

Propriétés matériaux et méthodes expérimentales

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D) Conclusion

Ce chapitre a permis de présenter les matériaux utilisés ainsi que les différentes méthodes expérimentales mises en place au cours de cette thèse.

Les propriétés thermomécaniques de deux pré-imprégnés PEKK/fibres de carbone ont été caractérisées. L’étude comparative menée sur ces deux pré-imprégnés a pour but de mieux comprendre les phénomènes de consolidation interpli, et plus particulièrement d’identifier les paramètres matériau qui ont une influence sur ces phénomènes. L’étude réalisée montre que les deux pré-imprégnés diffèrent par leur rugosité, leur taux de porosité et leur architecture (couche de matrice en surface et répartition des fibres dans le pré-imprégné). En revanche, les propriétés de la matrice sont semblables d’un pré-imprégné à l’autre. Dans cette thèse, on s’intéressera donc, principalement, à l’influence des propriétés du pré-imprégné.

Par ailleurs, deux méthodes de consolidation sous vide ont été développées : l’une en étuve et l’autre sur plateau chauffant. Cette seconde méthode est utilisée pour mettre en place différentes techniques de suivi d’élaboration nous permettant de connaitre les variations d’épaisseur (par stéréocorrélation), les différences de températures (par thermocouples) et les pertes de charges au niveau des interplis (par utilisation d’un débitmètre) à chaque instant du cycle. Par ailleurs, en couplant les techniques de suivi d’épaisseur de suivi thermique, il est possible de définir le gradient thermique à travers l’épaisseur du stratifié.

Les prochains chapitres de cette thèse auront donc pour objectif d’exploiter les résultats de suivi de consolidation obtenus grâce à ces instrumentations.

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