Torsion

Comme expliqué précédemment, l’application de la torsion est primordiale pour assurer une certaine cohésion des fibres de lin et ainsi pouvoir les intégrer dans un procédé de tissage et éviter la casse et la dégradation suite aux fortes sollicitations exercées durant cette étape. Mais ce facteur a un impact important sur les propriétés mécaniques des fils secs. En effet, la torsion change l’orientation des fibres dans le fil entraînant ainsi un comportement non linéaire en traction.

Il existe plusieurs études qui traitent de la torsion du fil et son influence sur les propriétés mécaniques de l’échelle fil au composite. A l’échelle du fil sec, Goutianos et al. [16] ont montré que des fils de très faible torsion présentent une très faible résistance. L’augmentation de la valeur de la torsion apporte une pression supplémentaire au sein des fibres engendrant une meilleure résistance mécanique et une amélioration des propriétés intrinsèques du fil. A partir d’une large gamme de fils torsadés, ces auteurs ont démontré, à l’échelle composite, qu’un angle élevé de torsion dans le fil (≈ 20°) conduit à une diminution de 20% de la résistance et du module d’un composite UD par rapport à des composites constitués de roving de torsion nulle. En outre, Baets et al. [17] ont observé que la rigidité des rovings, calculée à partir des propriétés du composite, diminue de 32% lorsqu’une torsion de 19° est introduite sur le fil en comparaison avec les rovings sans torsion. Par ailleurs, une torsion trop élévée réduit considérablement la perméabilité du fil conduisant des composites plus faibles mécaniquement et avec des taux de vide élevés. En effet, la torsion crée une désorientation des fibres, ce qui n’est pas souhaitable à l’échelle composite, car la perméabilité du fil diminue rendant ainsi leur imprégnation plus difficile. Ce phénomène fragilise l’interface fibre/matrice, et par conséquent une perte de la résistance mécanique est observée.

Ma et al. [18] ont étudié l’influence de différents taux de torsion (20, 60 et 150 tours.m-1) sur les propriétés mécaniques des fils de sisal non imprégnés. Les résultats montrent que la résistance à la traction augmente proportionnellement à la torsion jusqu’à atteindre un seuil critique, dans ce cas de 90 tours.m-1, à partir de laquelle la résistance est dégradée. La présence de cette valeur critique démontre qu’il est très important de caractériser et de définir les paramètres du fil afin de ne pas respecter le seuil limite respectif de la matière.

Afin d’éviter les contraintes causées par la torsion du fil de renfort avec la filature classique, Zhang et Miao [20] ont produit un fil comélé en lin et polypropylène avec des fibres de lin tenues sans torsion et supportées par un filament de polypropylène qui les entoure. Ils retrouvent des composites possédant de meilleurs résistance et module de flexion que ceux des composites constitués de fils torsadés pouvant atteindre respectivement 145 MPa et 15 GPa pour un fraction volumique de fibres de 31%. Dans sa thèse, F. Bensadoun [21] a traité l’effet de la torsion sur les fils en lin où les résultats à l’échelle composite montrent une différence de la résistance approchant 30% en chaine et 23% en trame entre des tissus avec des fils d’angle de torsion élevé (20°) et des fils d’angle moyen faible (9°). La courbe de la dégradation de la rigidité du fil dans le renfort proportionnellement à l’augmentation de l’angle de torsion est présentée la Figure 2-4.

Figure 2-4: Modèle de la corrélation linéaire de la résistance en traction en fonction de l'angle de torsion [21]

Outre ces résultats expérimentaux, Shah et al. [22] ont proposé un modèle mathématique, basé sur la loi des mélanges, capable de prédire l’effet de la torsion du fil sur la résistance du composite à base de fibres végétales alignées. Ils ont ainsi pu introduire la notion de seuil de torsion limite à partir duquel la résistance du fil est dégradée. Ce comportement est modélisé sur la Figure 2-5 où l’augmentation de la torsion améliore la friction inter-fibre ce qui résulte en de meilleures propriétés mécaniques. Cette augmentation conduit, à partir d’un seuil limite, à la dégradation voire la rupture des fibres ce qui explique la baisse considérable de la résistance du fil.

Figure 2-5: Courbe modèle de l'effet de la torsion sur la résistance à la traction et le mécanisme de rupture du fil [22]

Expérimentalement, la torsion d’un fil, en nombre de tours par mètre, est mesurée à l’aide d’un torsiomètre. La torsion est déterminée avec la méthode double contre-épreuve (détorsion-retorsion) où le fil est pincé par un indicateur d’allongement et l’autre bout par une pince rotative. La mesure est faite avec une moyenne de 15 échantillons, une pré- charge de 1 cN/tex et une longueur de 500 mm selon la norme ISO 2061 [23]. Etant donné que le procédé de filature est différent (sec ou humide), l’angle de torsion dans cette gamme de fils peut être modifié entre un angle haut ou bas [16,17,22,24]. Les résultats en torsion sur le Tableau 2-1 montrent que les deux fils Y1 et Y3 ont une faible torsion alors que l’étoupe Y2 est fortement tordue (403 tours.m-1

). Le fil Y2 présente un facteur de torsion très élevé qui peut dépasser ce seuil limite de torsion indiqué dans la littérature. Par conséquent, une caractérisation mécanique est nécessaire afin d’étudier l’influence de ce paramètre.