3.4 Microstructure et propriétés mécaniques
3.4.2 Résultats des essais mécaniques
Cette section présente les résultats de caractérisation mécanique pour les plaques élaborées à partir des semi-produits poudrés et comélés.
Essais de traction sens chaîne [0◦] et trame [90◦] :
La [Figure 3.36] présente les valeurs des contraintes à ruptures en traction dans le sens chaîne [0◦] et trame [90◦] pour les plaques poudrées et comélées. Les valeurs
de contraintes de traction à la rupture sont nettement plus élevées pour les plaques poudrées avec une valeur moyenne de 730, 0 MP a par comparaison aux plaques comélées présentant une valeur moyenne de 310, 0 MP a et ceci malgré le fait que le matériau comélé ait une fraction volumique de fibre plus élevée. L’écart type de 50, 0 MP a est similaire pour l’ensemble des essais de traction.
A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Rm − [MPa] Warp − [0°] Weft − [90°] Tissu comélé Tissu poudré
Figure 3.36 – Contrainte de traction à rupture (Rm) et écart type dans les directions chaîne et trame pour les stratifiés poudrés et comélés
Les modules d’élasticité en traction sont reportés [Figure3.37]. Les modules des plaques poudrées sont plus élevés que ceux des plaques comélées avec des valeurs moyennes respectives de 55, 5 GP a et 45, 8 GP a. L’écart type moyen de ce module est évalué à 1, 7 GP a pour les plaques poudrées et 3, 7 GP a pour les plaques comélées.
Microstructure et propriétés mécaniques A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 10 4
Module d’Young − [MPa]
Warp − [0°] Weft − [90°]
Tissu poudré Tissu comélé
Figure 3.37 – Modules d’élasticité en traction dans les directions chaîne et trame pour les stratifiés poudrés et comélés
Les réponses en traction pour les deux types de matériau, reportées en [Figure 3.38], montrent deux modes de comportement distincts. Pour le matériau à semi-produit poudré, la réponse contrainte/déformation en traction dans le sens chaîne est de type élastique fragile. Cela se traduit par les ruptures des fibres contenues dans les mèches orientées suivant la direction de sollicitation [Figure3.39 (a)].
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Déformation − [mm/mm] Contrainte − [MPa] A1 A2 A3 A4 A5 A6 (a) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Déformation − [mm/mm] Contrainte − [MPa] B1 B2 B3 B4 B5 (b)
Figure 3.38 – Courbes contrainte/déformation types des essais de traction [0◦] (a)
En ce qui concerne les plaques établies avec le semi-produit comélé, le mode de com- portement en traction longitudinale est élastoplastique et se caractérise par la rupture des fibres orientées dans le sens de la sollicitation et un important délaminage des plis [Figure3.39 (b)].
Figure 3.39 – Éprouvettes de traction après essais : (a) semi-produit poudré - (b) semi-produit comélé
Essais de compression :
En [Figure 3.40], les contraintes de compression à rupture sont plus élevées pour les stratifiés à tissu poudré (Rm = 350, 0 MP a) que pour ceux à tissu comélé (Rm = 150, 0 MP a). A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 0 100 200 300 400 500 600 Rm − [MPa] Tissu comélé Tissu poudré
Figure 3.40 – Contrainte de rupture en compression (Rm) et écart type dans la direction chaîne pour les stratifiés poudrés et comélés
Microstructure et propriétés mécaniques Concernant le module d’élasticité en compression [Figure 3.41], la valeur moyenne est de 55, 3 GP a pour les plaques poudrées et de 43, 9 GP a pour les plaques comélées. La dispersion est toutefois élevée avec un écart type de 6, 1 GP a pour les plaques poudrées et de 8, 9 GP a pour les plaques comélées.
A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x 104
Module de rigidité − [MPa]
Tissu poudré Tissu comélé
Figure 3.41 – Modules d’élasticité en compression sens chaîne pour les stratifiés poudrés et comélés
Les courbes contrainte/déformation en compression sont présentées en [Figure 3.42] pour les stratifiés issus du semi-produit poudré et en [Figure 3.43] pour ceux constitués du semi-produit comélé.
Figure 3.42 – Courbes contrainte/déformation types des essais de compression [0◦] -
Figure 3.43 – Courbes contrainte/déformation types des essais de compression [0◦] -
semi-produit comélé
Les courbes montrent un comportement de type élastofragile pour le matériau poudré. La ductilité de la matrice PPS semble donc peu influencer le comportement en compression du matériau composite. Les observations des zones de ruptures indiquent un mode de rupture en cisaillement interlaminaire [Figure 3.44]. L’endommagement du stratifié est caractérisé par la formation d’une bande de flambement plastique parcourant l’épaisseur de l’éprouvette. Les mèches orientées dans le sens de la sollicitation en compression subissent un micro-flambement. On observe également un faible délaminage proche de la zone de rupture. Ces constatations sont similaires à celles faites par Aucher [Aucher2009] concernant un stratifié C/PPS obtenu à partir d’un renfort tissé Satin 5.
Figure 3.44 – Facies de ruptures des éprouvettes de compression pour les plaques A3, A4 et A5
Microstructure et propriétés mécaniques Les courbes contraintes/déformation pour les plaques comélées, reportées en [Figure3.43] indiquent un comportement de type élastofragile du matériau. Les vues de coupe des éprouvettes en [Figure 3.45] montrent des ruptures en cisaillement interlaminaire semblables au cas précédent. On observe également du délaminage proche de la zone de rupture (ex. : Éprouvette B2).
Figure 3.45 – Facies de ruptures des éprouvettes de compression pour les plaques B2, B4 et B5
Flexion 3 points :
Les valeurs des contraintes à rupture et des modules d’élasticité, issues des essais de flexion 3 points, sont reportées en [Figure 3.46] et [Figure 3.47]. On constate une variabilité de la contrainte à rupture allant de 449, 5 MP a (A5) à 757, 6 MP a (A3) pour les plaques poudrées et de 189, 9 MP a (B4) à 356, 7 MP a (B5) pour les plaques comélées. Les valeurs de contraintes pour les plaques poudrées sont supérieures à celles des plaques comélées.
A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Rm − [MPa]
Tissu poudré Tissu comélé
Figure 3.46 – Contrainte de flexion à rupture (Rm) et écart type pour les stratifiés poudrés et comélés
Le module d’élasticité en flexion des plaques poudrées reste quasiment identique avec une valeur de 48, 8 ± 1, 11 GP a. Pour les plaques comélées, le module en flexion varie entre 34, 8 GP a (B4) et 45, 6 GP a (B5). A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 0 1 2 3 4 5 6 7x 10 4
Module de rigidité − [MPa]
Tissu poudré Tissu comélé
Figure 3.47 – Modules d’élasticité en flexion pour les stratifiés poudrés et comélés
Cisaillement interlaminaire :
Les résultats de contrainte à rupture en cisaillement interlaminaire figurent en [Fi- gure 3.48]. Pour les plaques poudrées, cette contrainte est, en moyenne, de 41, 0 ± 4, 1
M P a avec pour valeur maximale de 45, 4 M P a (A3) et pour valeur minimale 34, 1 M P a
(A5). A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 0 10 20 30 40 50 60 70 Rm − [MPa] Tissu comélé Tissu poudré
Figure 3.48 – Contrainte à rupture (Rm) - CIL
Pour les plaques comélées, les contraintes à rupture s’échelonnent de 20, 1 MP a (B4) à 33, 9 MP a (B2) avec une valeur moyenne de 29, 0 ± 5, 3 MP a.
Influence du cycle de consolidation sur les porosités et les propriétés mécaniques La campagne de caractérisation mécanique permet d’affirmer que les plaques poudrées ont une résistance à la rupture plus élevée que les plaques constituées du semi-produit comélé et ceci pour l’ensemble des sollicitations investiguées (traction, flexion 3 points, compression et cisaillement interlaminaire). Cette différence est à l’opposé du taux volumique de fibre : le Vf des plaques comélées (55 %) est supérieur à celui des plaques poudrées (50 %). Cette différence, visible sur les modules d’élasticité, est très importante pour les contraintes à rupture. Le fait que les mèches du renfort textile comélé soient constituées de filaments discontinus issus d’un craquage de fibres est à l’origine d’un moins bon report de charge entre les filaments du renfort et conduit à cet écart significatif des contraintes à rupture en traction et compression entre ces deux matériaux composites.