Le Tissage

Il existe plusieurs types de renforts pour les applications techniques. Parmi ces technologies, le tissage est le plus utilisé où les fils, ou mèches, sont assemblés sur un métier à tisser et selon un motif prédéfini [11,44]. L’assemblage est fait par entrecroisement de deux séries de fils perpendiculaires avec les fils de chaine dans le sens longitudinal et les fils de trame dans le sens transversal. Comprendre les différentes étapes de tissage peut aider à anticiper les caractéristiques du tissu technique.

3.1.3.1 Principe de fabrication

Avant de commencer le tissage proprement dit, il faut commencer par préparer les fils de chaine et de trame. La préparation de la chaîne commence par une étape de bobinage : à la sortie de la filature, les bobines de fils sont mises selon un ordre précis sur un support appelé cantre contenant plusieurs porte-bobines (voir Figure 3-3). Par la suite, les fils sont dévidés des bobines et enroulés parallèlement les uns aux autres sur un rouleau appelé ensouple (voir Figure 3-5(a)) selon la largeur finale du tissu souhaitée [2,11]. Cette opération est appelée l’ourdissage. Les fils sont ensuite trempés dans un bain contenant un produit de synthèse appelé colle pour les rigidifier dans le but d’augmenter leur résistance aux sollicitations subies au tissage. C’est l’encollage des fils. Comme indiqué sur la Figure 3-4, cette étape consiste à passer les fils ou mèches dans un bac à colle où ils sont complètement immergés avant d’être séchés par des passages à travers plusieurs rouleaux chauffés. Après l’encollage, les fils peuvent être placés directement sur une ensouple avant de passer au métier à tisser [45,46].

Figure 3-3: Principe du bobinage des fils de chaîne

Figure 3-4: Principe de l'encollage [46]

Pour la direction trame, la préparation du fil n’est pas toujours nécessaire. En effet, pour les métiers à navette, le fil de trame, qu’on appelle aussi duite, est bobiné sur un support appelé canette et installé sur une navette qui projette le fil entre les fils de chaine, comme présenté sur la Figure 3-6. Pour le reste des métiers, le fil de trame est inséré directement à partir de la bobine en sortie de la filature. Le système d’insertion diffère selon le type de métier à tisser utilisé. Différents systèmes existent tels que les projectiles, les lances, insertion par jet d’air par jet d’eau [2,11].

Le principe du tissage est présenté sur la Figure 3-5. Les fils de chaine, disposés lors de la préparation sur l’ensouple, sont séparés en deux nappes. Ils sont insérés dans des tiges métalliques appelées lisse (voir Figure 3-5(e)), ensuite dans les dents du peigne (voir Figure 3-5(c)). Cette opération est appelée le rentrage. Les lisses sont installées sur des lames qui peuvent atteindre le nombre de 32 pour certains métiers à tisser. L’ensemble des deux lames (voir Figure 3-5(e)) constitue la mécanique de l’armure. Ce motif de l’armure permet d’effectuer la sélection responsable de la commande du mouvement de montée et de descente des nappes.

L’étape suivante est l’ouverture de la foule (voir Figure 3-5(b)), qui constitue l’espace entre les deux nappes, où un mouvement vertical est imposé pour que le fil de trame soit envoyé dans l’espace et délivré à l’autre extrémité de la machine (voir Figure 3-5(d)). L’insertion de la trame doit être faite en un minimum de temps, sans apport excessif de trame et en évitant la surtension. La trajectoire de la duite dans la foule dépend du type de vecteur utilisé. Finalement, un peigne oscillant se rabat sur le fil de trame, après chaque passage, pour le tasser entièrement contre la ligne de formation du tissu et pour créer l’entrecroisement des fils (voir Figure 3-5). Le tissu obtenu s’enroule au fur et à mesure du tissage (voir Figure 3-5(f)) [2,11,45].

Les différentes contraintes associées à l’insertion du fil de trame, sont lors de : - Ouverture de la foule

- Hauteur de la foule et la tension appliquée sur la chaîne - Empeignage

- Vitesse de transfert du fil de trame - Matière première utilisée

- Largeur du métier à tisser

- Frappe du peigne (voir Figure 3-5(c))

Figure 3-5: Principe d'un métier à tisser [2] (a) (b) (c) (e) (d)

Les fils de chaine

La mécanique d’armure

Figure 3-6: Schéma d’une navette de métier à tisser

Les diverses sollicitations exercées sur le fil lors du tissage (déroulement de l’ensouple, le bobinage, le rentrage, la frappe de peigne …) modifient les propriétés mécaniques des fils et donc du tissu quelle que soit la direction. Pour cette raison, l’étude expérimentale est réalisée dans les deux directions (chaîne et trame).

En somme, plusieurs paramètres entrent en jeu à l’échelle du tissu technique tels que :  Métier à tisser utilisé

 L’armure : le mode d'entrecroisement des fils de chaîne et de trame

 Les fils : les caractéristiques des fils insérés en chaine et en trame (chapitre 2) : nature, titrage, torsion, et propriétés mécaniques

 La contexture : le nombre de fil par centimètre dans chaque direction (fils/cm)  Les traitements pré ou post-tissage

 La masse surfacique 3.1.3.2 Métier à tisser

Comme nous l’avons vu, il existe différents types de métier à tisser selon le mode d’insertion de la trame :

- Métier à navette

Il s’agit du métier conventionnel où la trame est déposée par un vecteur unique porteur du fil appelé une navette (voir Figure 3-6). Ce type de métier est « pratiquement condamné à moyen terme » car moins productif mais indispensable pour des applications spécifiques telles que les tissus tubulaires étant donné que le mouvement du fil dans la navette est continu.

- Métier à lances

Les lances sont commandées de l’extérieur pour entrer dans la foule et tirer la trame. Contrairement à la navette, le fil de trame est tiré par la lance à travers la foule. En effet, le fil de trame, délivré par une bobine, est pris par une pince solidaire de la lance. La lance traverse la totalité ou la moitié de la foule par échange entre lances du fil (unilatérale ou bilatérale) entraînant ainsi le fil de trame vers l’autre extrémité de la machine avant la frappe du peigne. Le transfert du fil de trame peut être fait avec une lance unique ou deux lances (lances bilatérales), les lances peuvent être rigides ou souples, etc.

- Métier à projectiles

Le principe d’insertion du métier à projectiles est identique à celui à lances avec un fil de trame tiré par des « grands » ou « petits » projectiles à travers la foule. Un projectile est une pièce métallique de faibles dimensions contenant une pince dans laquelle est tenue l’extrémité de la duite. Les atouts de cette machine sont sa puissance étant donné qu’on

Navette

peut travailler avec une tension et un empeignage élevés. Par contre, les réglages et la manipulation de la machine sont très délicats.

- Métier à jet d’air ou à jet d’eau

Couramment appelées les machines à fluides, le fil de trame est entrainé par un jet d’air ou d’eau parallèlement au peigne et à travers la foule. La duite est entrainée par un jet d’air/d’eau émis par une buse latérale. La vitesse du jet et par conséquent du fil est très importante surtout à la sortie de la foule. Ces techniques permettent d’avoir une vitesse de passage de fil de trame qui peut atteindre 1000 coups à la minute.

Dans le consortium SINFONI, les renforts tissés ont été réalisés par le partenaire Eyraud, dont les métiers à tisser sont des métiers à lances décrits à la Figure 3-7.

Figure 3-7: Photos du métier à tisser utilisé (EYRAUD [47]) (métier à lances)

3.1.3.3 Armure

En considérant un tissu technique, il existe trois armures usuelles pour les applications dans le domaine des composites :

 Armure toile : c’est l’armure la plus simple avec un tissage alternant le fil ou la mèche de chaîne et le fil ou la mèche de trame avec décalage d’un fil à chaque passage (Figure 3-8.a). C’est une alternance entre des pris et des laissés ; un pris représente un fil de chaine qui passe au-dessus du fil de trame et un laissé est quand un fil de chaîne est en dessous du fil de trame. Dans cette armure, on a le même aspect sur les deux faces, il n’y pas d'effet de chaîne ou de trame, car le nombre de pris et de laissés sont égaux. Le tissu à base d’une armure toile est très rigide et solide étant donné qu’il n’y a pas de flottés.

 Armure sergé n × m : cette armure est définie par un tissage où le fil de trame passe successivement au-dessus de n puis en dessous de m fils de chaîne en se décalant d’un fil à chaque fois (Figure 3-8.b). La présence de flottés lui confère un effet sur la diagonale et contrairement à la toile les faces sont différentes et présentent un relief. Cette armure est utilisée surtout pour sa souplesse et sa déformabilité.

 Armure satin n : chaque fil de trame flotte sur n-1 fils de chaînes (Figure 3-8.c). Il existe qu’un seul point d’accrochage entre fil de trame et fil de chaîne ce qui réduit l’effet de diagonale qui existe sur le sergé. La face d’endroit est différente de l’envers avec des grands flottés. Les flottés peuvent être dans le sens chaine ou trame. Cette armure est très souple, lisse avec un effet de brillant

Figure 3-8: Armures usuelles pour tissu technique [48] (a)Toile 1/1, (b)Sergé 2*2, (c)Satin 5

Quand le nombre de fil par cm est identique dans les deux directions, le tissu est appelé équilibré.