Cette section présente les résultats d’essais de préformage 3D utilisant les renforts UD/mat et UD/papier. La première partie de cette section décrit la méthodologie des tests de préformage et la seconde analyse les résultats de ces tests.
4.2.1 Méthodologie des tests de préformage
Le Tableau 4.1 présente les détails expérimentaux des tests effectués. L'état sec (D) ou Humide (W) sont tels que définis à la section 3.2.3.3. Un empilement [0/90]2 de
quatre couches sèches ou humides de renforts UD/mat et UD/papier, initialement à température ambiante (23° C), a été préformé sur la partie sphérique du moule (Figure 3.8) maintenu à une température de 23 °C (préformage à l’ambiante) ou 100 °C (préformage à chaud). Le choix de préformer uniquement sur la partie sphérique du moule est motivé par le souci d’économiser les fibres de lin et parce que la géométrie sphérique est suffisante pour tester les modes de déformation intervenant lors du préformage 3D notamment le cisaillement intraplis, interplis et la compaction hors plan. Le temps de maintien de la préforme dans le moule fermé était de 5 minutes. Après ce délai, la préforme a été retirée du moule et laissée à l’air libre où elle peut éventuellement séchée (dans le cas préformes humides). Dans le cas d'un préformage humide, chaque couche de la pile de renforts a été humidifiée avec environ 1 g d'eau par gramme de fibres à l’aide d’un jet d'eau avant d'être préformée. Toutes les préformes ont été réalisées à la même vitesse de fermeture du moule et pression d'emboutissage, qui sont respectivement de 100 mm/min et 5 MPa.
Tableau 4.1: Conditions de préformage. Désignation État Température de l’échantillon (°C) Température du moule (°C) Renfort Description M-W-23-100 Humide (W) 23 100 UD/mat Préforme UD/mat à base de renforts humides et sous 100 °C M-D-23-100 Sec (D) 23 100 UD/mat Préforme UD/mat à base de renforts secs et sous 100 °C P-W-23-100 Humide (W) 23 100 UD/papier Préforme UD/papier à base de renforts humides et sous 100 °C P-D-23-23 Sec (D) 23 23 UD/papier Préforme UD/papier à base de renforts secs et sous 23°C
4.2.2 Résultats des tests de préformage
La Figure 4.1 présente la vue extérieure, la vue interne et la vue de face de renforts UD/mat préformés à 100 °C dans des conditions humides et sèches alors que la Figure 4.2 présente les vues externes et de face des préformes UD/papier obtenues sous conditions humide et sèche respectivement à 100 °C et 23 °C.
Figure 4.1: Préformes hémisphériques UD/mat.
Les Figure 4.1 et 4.2 (a et b) montrent clairement que sous conditions humides (M- W-23-100 et P-W-23-100), les préformes maintiennent beaucoup mieux la géométrie du moule (montrée à la Figure 3.8) que dans les conditions sèches (M-D-23-100) et (P- D-23-23). En comparant la Figure 4.1 (a versus d et c versus f) pour les renforts UD/mat, il apparaît clairement que dans les conditions humides, le rayon de la pièce est maintenu et presque aucun décollement des couches individuelles n'est observé. Il en est de même pour les renforts UD/papier en comparant les Figures 4.2 a et c de même que b et d.
Figure 4.2: Préformes hémisphériques UD/papier.
Non seulement l'important effet du retour élastique observé dans les préformes réalisées à sec contribue au décollement des plis individuels, mais il semble qu’une plus forte déformabilité des liants humides (au moins pour le liant papier comme il a aussi été démontré en [78] pour le moulage de papier) combinée aux liaisons hydrogènes créées entre les fibres UD de lin et les liants lors du séchage sont tels que les préformes conservent leur forme après le démoulage sans qu’il y ait déchirure du liant. En effet, dans les conditions sèches, les préformes ont tendance à former des replis importants (Figure 4.2d) et à déchirer tandis que la plus grande déformabilité des renforts humides limite la formation de replis et le déchirement du liant papier. Le parallélisme des fibres de lin UD est également très bien maintenu après la mise en forme comme le montre la Figure 4.2b. Une telle stabilité géométrique est due à la synergie des effets induits par la pression, la température et l'humidité, ainsi qu'à la présence de liants mat ou papier constitués de fibres courtes uniformément réparties sur la surface des fibres UD de lin. L'effet est similaire au processus d'estampage de papier dans l'industrie de l'emballage [76-78, 159]. L'eau agit comme lubrifiant pour faciliter les mouvements inter et intraplis des fibres et la déformation du liant, favorisant ainsi le réarrangement des fibres et le maintien du parallélisme de celles-ci lors du préformage. De plus, la température élevée
agit sur la lignine et l'hémicellulose constituant la paroi fibreuse en les ramollissant, permettant aussi une augmentation de la déformabilité des fibres et de leur réarrangement [78, 159]. Le séchage contribue à la création de liaisons hydrogènes à l'interface entre les couches de fibres UD et les liants de mat (ou de papier). Tous ces phénomènes contribuent à maintenir la stabilité géométrique de la préforme 3D après sa sortie du moule de préformage. Ces résultats sont encourageants car ils montrent le fort potentiel de ce type de renfort (utilisant un mat ou une couche perméable de papier comme liant) pour la production en série de préformes complexes (à double courbure) de fibres naturelles pour différents types de pièces.
Les essais réalisés sur la partie sphérique ont permis de dégager les conditions permettant d’obtenir des préformes présentant peu de défauts de préformage et épousant bien la géométrie du moule de préformage (voir Figure 3.8). Les Figures 4.3a et 4.3b présentent respectivement la vue externe et interne d’une préforme fabriquée à partir de renforts UD/mat humides sur un moule dont la température est fixée 100 ºC. On remarque que la préforme reproduit et préserve assez bien la géométrie du moule.
Figure 4.3: Préforme 3D UD/mat: vues externe (a) et interne (b)
Ce qui nous permet de dire qu’il est possible de fabriquer de bonnes préformes 3D à partir des renforts UD/mat a conditions de bien ajuster les paramètres comme la température et le niveau d’humidité comme c’est le cas dans pour la fabrication des contenant 3D en papier carton.
4.3 Méthodologie des essais de compaction et résultats