Traction sur les mèches comélées

Les essais de traction sur mèches comélées ont été réalisés à l’aide d’une machine de traction (MTS, 2/M) équipée d’une cellule de force de 10 kN. Le mode de fabrication des éprouvettes est similaire à celui de Rocher [67]. Des talons en aluminium (20 x 30 x 2 mm) sont rayés au papier de verre puis la mèche est prise en sandwich avec de la colle Araldite. La vitesse de traction appliquée dans les essais est de 10 mm.min-1 et la longueur des éprouvettes est de 200 mm. Les résultats sont présentés sur le tableau 2.50.

Réf ^{Contrainte à}

rupture (MPa) ^{Déformation (%)}

Module d’Young (GPa) ^{N (#)} MC1-IS59 446  55 2.3  0.3 31.9  0.7 4 MC2-IS59 392  10 2.2  0.4 32.4  2.8 4 MC1-IS74 588  39 2.8  0.2 32.6  1.1 5 MC2-IS74 679  48 2.9  0.3 37.2  1.4 5 MR1-IS74 707  24 1.9  0.2 41.8  0.6 4

Tableau 2.50 Résultats des essais de traction sur mèches hybrides

La contrainte à rupture la plus faible est obtenue pour la référence MC2-IS59, qui possède les fibres de basalte les plus endommagées (d’après les résultats précédents). Les références MC1-IS59 et MC1-IS74 qui possède le même taux de renfort suivent aussi la tendance observée à l’échelle des monofilaments puisque la contrainte à rupture des mèches réalisées avec les fibres BIS74 est supérieure à celle des fibres BIS59. Cependant, la dégradation observée pour la référence MC2-IS74 sur l’analyse statistique de Weibull n’est pas visible à l’échelle des mèches puisqu’il n’y a pas d’écart notable avec la mèche retordue MR1-IS74. Cependant, il semble que l’utilisation de la contrainte à rupture totale ne soit pas un bon indicateur pour la comparaison entre les références car toutes les mèches ne possèdent pas le même taux de renfort. Pour être en mesure de comparer la résistance mécanique des fibres de basalte dans les mèches, nous avons extrait des courbes force / déplacement la contrainte à rupture des fibres de basalte b telle que :

( )

^{( )}

^{( )}

Avec Ftot, la force mesurée lors de l’essai de traction sur mèche, Sb, la surface de basalte sollicitée et FPPS, la contribution théorique apportée par les fibres de PPS à la force totale. La

loi de comportement PPS = f() est approximée à partir de la courbe contrainte / déformation moyenne des essais de traction sur fibre unitaire (jusqu’à  = 10 %). Un polynôme d’ordre 6, dénué de sens physique, a été utilisé pour l’ajustement. Le modèle de comportement est représenté en noir (- - -) sur la figure 2.48.

À partir de la surface de PPS, SPPS, présente dans les mèches, il est alors possible de calculer la contribution théorique à la force totale du PPS en fonction de la déformation :

( ) ( )

PPS PPS PPS

F ε =σ ε S

Les courbes force / déformation des mèches comélées et retordues ne présentent pas le même comportement. D’après la figure 2.48, le pic de force maximal des mèches retordues est suivi d’une force résiduelle. Il se trouve que dans le cas des mèches retordues, cette force est équivalente à la force générée par les fibres de PPS. Dans le cas des mèches comélées, cette force est supérieure à la force des fibres de PPS et nous pouvons émettre l’hypothèse que des forces de friction additionnelles les accompagnent. De plus, la force mesurée après la rupture principale est équivalente entre les références, cela suggère que la grande majorité des fibres de basalte sont rompues.

En procédant ainsi, il est possible d’accéder à la contrainte à rupture des fibres de basalte au pic de force. Ces contraintes sont rapportées sur le tableau 2.51 en comparaison des contraintes à rupture moyennes obtenues à partir des monofilaments extraits de ces mêmes références.

Figure 2.48 Courbe contrainte / déformation moyenne d’une fibre TFF330 et approximation du comportement par un polynôme d’ordre 6 (à gauche) – Courbes force / déformation de la mèche comélée MC2-IS74, de la mèche retordue MR1-IS74, et des fibres

Réf ^{Contrainte à rupture des fibres de} basalte (mèche) (MPa)

Contrainte à rupture des fibres de basalte (fibre unitaire) (MPa)

MC1-IS59 901  136 2238

MC2-IS59 775  16 1724

MC1-IS74 1171  97 2915

MC2-IS74 1142  90 2686

MR1-IS74 1214  43 2989

Tableau 2.51 Résultats des essais de traction sur mèches hybrides

La corrélation entre les contraintes à rupture du basalte mesurées à l’échelle des filaments et déterminées à l’échelle des mèches est représentée sur la figure 2.49. Cette corrélation donne de très bons résultats puisque le coefficient de régression obtenu est r² = 0.99. Ceci signifie que les mesures effectuées à l’échelle des filaments unitaires sont bien représentatives du comportement global à l’échelle des mèches. Il pouvait être discutable de caractériser l’endommagement des filaments car leur extraction des comélés pouvait générer des défauts supplémentaires. Ce n’est pas le cas d’après les résultats obtenus.

Cette représentation est intéressante car il est de cette manière possible de déterminer l’endommagement des fibres au sein des mèches comélées en connaissant le comportement du polymère utilisé. Des analyses supplémentaires sur d’autres mèches hybrides pourraient être effectuées pour compléter cette corrélation.

Figure 2.49 Corrélation entre la contrainte à rupture des fibres de basalte dans les mèches hybrides et la contrainte à rupture mesurée à l’échelle des filaments extraits de ces mêmes références

L’analyse des mèches hybrides PPS / fibres de basalte a mis en évidence l’importance de l’ensimage sur la dégradation des propriétés mécaniques des fibres au sein des mèches. En effet, la diminution de la contrainte à rupture des fibres de basalte BIS59 après comélage semble bien plus importante que celle observée sur les fibres BIS74. Ceci peut s’expliquer par la cohésion apportée entre les filaments par l’ensimage IS59 qui limite l’ouverture des mèches et dégrade leurs propriétés mécaniques. Dans le cas de l’ensimage IS74, l’ouverture des mèches est de meilleure qualité et ne dégrade pas / peu les propriétés mécaniques des filaments. Les observations réalisées par microscopie optique vont également dans ce sens avec une répartition non homogène dans le cas des mèches comélées MC1-IS59 et MC2-IS59. Après modification de l’ensimage des fibres, un mélange intime est observé entre les filaments de basalte et les fibres de PPS pour les références MC1-IS74 et MC2-IS74. L’analyse des propriétés mécaniques en traction des mèches hybrides a permis de confirmer les conclusions établies à l’aide des filaments unitaires. Ces deux caractérisations présentent par ailleurs une bonne corrélation.