Les préformes tridimensionnelles

a- Tressé plat biaxe b- Tressé axial à 5 mèches c- Tressé circulaire

Ruan et al. (1999) Adanur et Liao (1998)

d- Tressé triaxial à espace hexagonale e- Tressé triaxial à trois orientations

D'Amato (2001) Chen et al. (1999)

Figure I-4 Quelques types de tressés 2D

Les tressés triaxiaux sont plus utilisés que les biaxiaux. Ils sont constitués par trois

directions de mèches dont une UD dirigée en sens chaîne ou en sens trame et les deux

autres s'entrelacent sur les UD selon deux directions principalement symétriques,

inclinées par rapport aux directions principales du plan. Les trois mèches ensembles,

forment une architecture hexagonale. Généralement, il s'adapte à des formes complexes.

Le triaxial donne une forte isotropie avec une stabilité équilibrée dans le plan, D'Amato

(2001). Il présente aussi une distribution uniforme du chargement en traction et en

cisaillement. Les études expérimentales réalisées sur le type triaxial 0/60/120 par Hoa

et al. (2002) ont montrées une symétrie de rigidité entre le sens chaîne et le sens trame.

Par rapport aux préformes textiles tricotées et aux textiles à base de tissus, les

tressés sont peu fabriqués. En termes de performance, ils ont une bonne tenue sous

chargement en traction mais pas en compression. Des mèches peuvent se rajouter dans

la direction longitudinale pour un renforcement supplémentaire.

I.3. Les préformes tridimensionnelles

L'existence de mèches dans des plans verticaux, assurent avec les autres mèches de

la préforme une résistance dans les trois directions cartésiennes. La majorité des

préformes textiles tridimensionnelles sont les cousus, les tricotés, les tressés et les

tissés qui pour chaque type correspond sa propre machine de tissage.

Les composites 3D sont caractérisés généralement par une fraction volumique faible.

L'entrelacement des mèches provoque des espaces entre les mèches qui seront remplis

par de la résine au moment de l'injection. Un pourcentage de maximum de 55% de fibres

peut être signalé avec le procédé RTM avec les 3D, pour un pourcentage qui peut

atteindre l'ordre de 70% dans les composites UD.

En terme de performance, les préformes 3D sont considérées comme des solutions de

motif pour augmenter la résistance dans l'épaisseur, la prévention du délaminage,

Kawabata et al. (1970), Brookstein (1990), pour augmenter les déformations à rupture,

Kuo et al. (2003) et pour l'augmentation de la résistance à l'impact, Adanur et Tam

(1997).

I.3.1. Les cousus

Les cousus sont des préformes 2D renforcées dans l'épaisseur par une mèche

''couture'' qui traverse la préforme dans son épaisseur. Ce renfort dans l'épaisseur peut

être dirigé soit perpendiculaire au plan horizontal, soit incliné. Ils sont alors constitués de

deux éléments principaux la structure non cousu et la couture.

1- La structure de la préforme non cousu peut être des empilements de

monocouches constituées par des Mats, des stratifiés ou par des bidirectionnels

(tissus, tricoté, tressé multiaxial) ou également elle peut être une structure

sandwich.

2- La couture est réalisée soit en piquage soit en chaînette (avec ou sans bouclette),

sur des pré-preg ou sur des préformes sèches. Elle peut être verticale ou inclinée

avec ou sans entrecroisement.

Les préformes textiles cousues ont fait l'objet de plusieurs études. En ce qui concerne

le non cousu, les performances dépendent de plusieurs paramètres comme la nature de

la couture, le pas de couture, l'inclinaison l'adhérence ou la cohésion de l'interface

renfort/matrice envers la texture géométrique. Les principales performances sont:

l'amélioration du module d'élasticité dans l'épaisseur, l'amélioration de la résistance

interlaminaire de rupture en mode I et mode II, Mouritz et al. (1997), l'augmentation de

la résistance en traction, Tong et al. (1998) et la diminution des déformations en fluage

dans certaines configuration de coutures, Pang et al. (1997), l'amélioration de la tenue

en fatigue, Aymerich et al. (2005), et l'amélioration des propriétés en cisaillement plan,

Mouritz et Jain (1999), Lomov et al. (2005), Truong et al. (2005).

Dans le cas du sandwich cousu, la couture, par le rassemblement des peaux avec

l'âme, assure un renforcement dans l'épaisseur et une meilleure tenue en cisaillement.

Lascoup (2005). Potluri et al. (2003) et Lascoup (2005) indiquent une amélioration à la

tenue à l'impact avec des endommagements circonscrits.

Partie I: Généralités sur les composites Textiles

Dans le cas du stratifié cousu, la préforme est constituée d'un empilement de

couches, qui peuvent être des UD, des 2D (tissé, tressé,….) ou un mélange des deux,

cousues dans l'épaisseur pour former un ensemble non détachable connu sous le non de

''Non-crimp fabric, NCF''. La figure I-6, montre le motif de stratifié cousu empilé avec des

non tissés.

a- Multicouche cousu b- Couture en chaînette bouclée c- Couture à deux fils

Drapier et Wisnom (1999) Warrior et al. (1999)

Figure I-6 stratifié cousu (non tissé)

La couture, par son passage d'une surface à l'autre dans l'épaisseur du stratifié,

provoque des endommagements se localisants dans les zones de passage de l'aiguille,

comme le montre la figure I-7. Plusieurs auteurs se sont intéressés à étudier l'effet de

ces endommagements sur les propriétés mécaniques, Tong et al. (1998), Warrior et al.

(1999), Mouritz et al. (1999), Weimer et Mitschang (2001), Chun et al. (2005), Sickinger

et Herrmann (2005) et Truong et al. (2005).

Passage de la mèche de couture Endommagements causés par le passage de l'aiguille

Figure I-7 stratifié satin de 5 cousu avec la T900 obtenu par MEB

I.3.1.1. Les tressés

Développé au début des années soixante, le processus de tressage est le premier à

manoeuvrer des préformes 3D. Les tressés 3D, sont produit dans l'épaisseur avec des

sections nettes, dans lesquelles les mèches sont entrelacées de façon à ne pas distinguer

des couches. Dans un seul processus, les bobines, porteurs de mèche sont disposées en

maillage à deux dimensions (rectangulaire, annulaire ou en section transverse). Le

processus du tressage est réalisé par un changement alternatif des rangées et des

colonnes des porteurs de mèche. Les tressés 3D peut être caractérisés par un processus

à 2 Pas, 4 Pas et à multi-Pas. Le nombre de pas est repéré par le nombre de

mouvements requis par le porteur de mèche pour retourner à sa position initiale.

Dexter (1998) Kuo et Fang (2000)

Figure I-8 Tressé 3D

Les tressés ont une résistance élevée au délaminage avec une bonne tolérance à

l'impact. Par contre leurs rigidités et leurs résistances sont inférieures à celles des

stratifiés 2D, ce qui limite leur utilisation, Kuo et al. (1998), Mouritz et al. (1999).

I.3.2. Les tricotés

Les préformes tricotées 3D comme les 2D, ont une facilité pour reproduire des formes

géométriques architecturales complexes. Elles peuvent être regroupées en deux

catégories, celle des tricotés en chaîne multiaxiale et celle du sandwich tricoté.

I.3.2.1. Les multiaxiaux

Ils sont fabriqués avec des mèches en sens chaîne, trame et axial dans le sens axial

des mèches, réparties par catégorie d'orientation sur l'épaisseur de la préforme. Une

chaîne (ou tricot cousu) assure l'assemble entre les différentes mèches par un lien en

forme de bouclette. Ce type de tricoté provoque des endommages au sein des mèches

conséquence des fortes torsions de courbures. Pour réduire ces endommagements, des

aiguilles à verrou avec crochets arrondis sont utilisées pour renforcer les mèches. Bien

que les multiaxiaux des tricotés, ne constituent pas vraiment des structures 3D, ils

donnent des résistances satisfaisantes dans les trois directions. Les multiaxiaux ont une

densité spécifique faible. Quelquefois ils ont une bonne tolérance aux endommagements

d'impact avec une capacité élevée d'absorption d'énergie, Dexter (1998).

Dexter (1998) Adanur et Liao (1998)

Figure I-9 Tricoté 3D multiaxial

I.3.2.2. Sandwich tricoté

La fabrication a eu naissance au début des années 90, pour renforcer les polymères.

Les sandwichs tricotés sont récents. Il y a peu de publications à propos de ces matériaux.

Mouritz et al. (1999), ont pu tirer quelques avantages de ces matériaux, capacité

d'absorber des énergies élevées et bonne résistance en compression et comme

inconvénient, une faible rigidité en flexion.

Partie I: Généralités sur les composites Textiles

I.3.3. Les tissés

Les tissés 3D ont vu naissance suite aux désavantages signalés dans les préformes

textiles 2D tissu (faible module dans l'épaisseur et au délaminage) avec l'idée de

renforcer la direction de l'épaisseur, tout en gardant la maniabilité de manoeuvrer

facilement des mèches ondulatoires comme les tissus 2D. Le tissage est paru, portant

ainsi un non de famille lié à sa structure de tissage: ''angle Interlock''.

I.3.3.1. Machine de tissage 3D

Le tissage 3D peut être manœuvré en utilisant différents types de machines, réglées

sur les détails architecturaux internes du tissage. Pour l'exemple on présente le tisseur

Jacquard, présenté en figure I-10 par Lee et al. (2002).

Figure I-10 Le tisseur ''Jacquard''

Plusieurs étapes se succèdent pour réaliser le tissage 3D: à partir des bobines

disposées sur des poutrelles, les mèches sens chaîne s'étalent dans l'espace vide pour

assurer la linéarité dans le mécanisme cinématique du fonctionnement de la machine.

Trois poulies pour chaque couche de mèche, disposées en V avec système poids font

tendre les mèches par leur passage où leur verticalité est vérifiée à l'aide d'un moyen de

lissage. Par la suite, survient l'étape d'insertion d'une mèche sens trame. Elle est réalisée

par le passage d'une rapière à travers la largeur du tissu pour saisir une mèche trame, la

tirer du cône et la faire traverser en arrière plan du tissu. La mèche sens trame ainsi

tissée est coupée du cône. Elle est alors étroitement serrée dans le tissu en employant un

grand peigne qui la pousse le long de la direction de prise, formant ainsi une densité de

trame prédéterminée (distance entre les mèches sens trame). Après que la dernière

couche de mèche sens trame soit insérée et que le battement de mèche soit dans la

position d'en haut, le mécanisme de réception tire la préforme le long de la plateforme.

L'insertion de mèches sens trame et les étapes de battement sont répétées jusqu'à

l'obtention de la longueur définitive du tissage.

I.3.3.2. Les tissage angle Interlock

Les tissages angle Interlock sont constitués d'une structure de plusieurs plans

nominaux contenant des mèches droites dirigée en sens chaîne et sens trame qui sont

reliés entre eux à travers des mèches tissés en sens chaîne. Plusieurs types de tissage

angle interlock peuvent existés:

 Le tissage angle Interlock 3D.

 Le tissage couche-couche 2.5D

 Le tissage couche à couche 2.5D

 Le tissage orthogonal Interlock

Dans le document Modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort tridimensionnel (Page 37-42)