Composition chimique des fibres de sisal

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Résines thermoplastiques

Les résines thermoplastiques sont en générale associées avec des fibres courtes (et parfois avec des fibres longues), ils ont une structure linéaire ; ils sont mis en forme par chauffage, et durcissent au cours du refroidissement. La transformation est réversible. Parmi les résines thermoplastiques nous citerons : le polyéthylène (PE) ; le polypropylène (PP) ; le polyacétate de vinyle (PAV) (colles à bois et autres adhésifs) ; le polychlorure de vinyle (PVC) (tuyauteries) ; le poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA) ; le nylon 6,6 (fibres, vêtements) ; l’acétate ; polypropylènes ; polyamide ; etc. Les matrices thermoplastiques possèdent de faibles propriétés mécaniques, c’est pourquoi leur renforcement (le plus souvent par des fibres courtes) confère une meilleure résistance mécanique, une bonne stabilité dimensionnelle, ainsi qu’un accroissement de la tenue en température [5]. Il existe aussi les biopolymères, dont Daniel Wyart donne cette définition : « Un biopolymère est un polymère d’origine naturelle, biodégradable par des agents biologiques habituellement présents dans la nature ou recyclable après usage « . Il y a trois familles de polymères biodégradables [1] :
– les polymères d’origine naturelle.
– les polymères d’origine fossile.
– les polymères d’origine bactérienne.
Pour les polymères naturels, on trouve les polysaccharides végétaux (amidon, cellulose…), les protéiniques (soie, laine…), et les polymères d’origine bactérienne ou biopolyesters dont le Poly Acide Lactique (PLA), le polycaprolactone (PCL), le polybutylène succinate (PBS), les poly-hydroxyalcanoates (PHA) et leurs dérivés (PHB) [7]. Pour les polymères d’origine fossile, on trouve le polyacétate de vinyle (PVA), le polyéthylène téréphtalate modifié (PET modifié avec ajout de monomères aliphatiques) et les autres polyesters aliphatiques (PTT, PBAT. . .) [1].

Résines thermodurcissables

Comparées avec les matériaux thermoplastiques, les matériaux thermodurcissables ont une stabilité beaucoup plus élevée, qui sont en général, associé avec des fibres longues. Les polymères thermodurcissables ont la forme d’un réseau tridimensionnel au cours de la Polymérisation ; cette structure tridimensionnelle conduit à une très bonne stabilité et présente une bonne résistance thermomécanique. Contrairement à la résine thermoplastique, sa transformation est irréversible.
Les résines thermodurcissables principalement utilisées sont les suivantes :
– résines polyesters.
– résines époxydes.
– résines phénoliques.
– résines polyamides.

Types de matériau composite

Selon leur taux d’utilisation, les composites sont classés en deux grandes classes : les composites à grande diffusion(GD) et les composites hautes performances(HP).

Composites à grande diffusion (GD) [5]

Les composites GD représente 95% des composites utilisés. Ce sont en général des plastiques armés ou des plastiques renforcés, le taux volumique de renfort avoisinant 30%. Dans 90% des cas, on utilise les renforts à fibres courtes. Les principaux constituants de bases sont les résines polyesters (95% des résines thermodurcissables) avec des fibres de verre [2].

Composites à haute performance(HP) [6]

Les composites HP concerne des matériaux arrangés selon l’assemblage de couches ayant une matrice métallique ou plastique (élastomère) renforcés (partiellement ou totalement) par des fibres continues, principalement utilisés dans les domaines aéronautiques dont les propriétés mécaniques spécifiques (résistance spécifique R/d et module spécifique E/d) sont nettement supérieures à celles des matériaux métalliques conventionnels. Ces propriétés dépendent du type de renfort utilisé (taux supérieurs à 50%), du taux (volumique) dans la matrice, de l’orientation des fibres de renfort dans les différentes couches, du type de matrice utilisé et de la direction dans laquelle ces propriétés sont caractérisées [6].

Matériaux composite structuraux

Les structures des matériaux composites peuvent être classées en trois types [1] :
a) Monocouches représentent l’élément de base de la structure composite. Les différents types de monocouches sont caractérisés par la forme du renfort : à fibres longues (unidirectionnelles UD, réparties aléatoirement), à fibres tissées, à fibres courtes.
b) Stratifiés est constitué d’un empilement de monocouches ayant chacun une orientation propre par rapport à un référentiel commun aux couches et désigné comme le référentiel du stratifié. Le choix de l’empilement (0, -45, +45, +90) et plus particulièrement des orientations permettra d’avoir des propriétés mécaniques spécifiques.

Structure de la fibre de sisal [8]

Vu que la fibre de sisal est une fibre naturelle d’origines végétale ; elle est donc composite en elle-même. Le renfort est constitué par des couches de microfibre cellulosique en partie cristalline. Ce dernier est enrobé d’une matrice polysaccharidique amorphe (hémicellulose et pectine) qui est associée par liaison hydrogène et covalente à la lignine.
La fibre végétale est composée de plusieurs parois parallèles à l’axe de la fibre et disposée en couche superposée dans le sens radial.
Les microfibrilles décrivent par rapport à l’axe de la fibre. L’orientation des microfibrilles par rapport à l’axe de la cellule joue un grand rôle dans les propriétés mécaniques des parois des fibres, plus que l’angle des microfibrilles augmente, le module de Young (une mesure de la rigidité) décroît, tandis que l’extensibilité des parois augment.

Composition chimique des fibres de sisal

Les composés les plus majoritaire sont la cellulose, l’hémicellulose et les pectines. Ce sont ces différences, constitutives ainsi qu’anatomiques, qui vont donner la grande variabilité des propriétés physico-mécaniques des fibres.

Cellulose

La cellulose est le constituant principal de la fibre de sisal. La formule brute exacte de cette macromolécule est (C6H10O5)n .
Contrairement aux autres composantes des fibres qui possèdent une structure amorphe, la cellulose possède une structure en grande partie cristalline. La cellulose cristalline est l’un des polymères ayant le module d’élasticité le plus élevé, soit environ 136 GPa à comparer au 75 GPa de la fibre de verre. A l’intérieur de la fibre, les chaînes cellulosiques sont réunies en micro fibrilles qui en s’agglomérant forment des fibrilles sur plusieurs couches. L’angle qui existe entre ces éléments très structurés et l’axe de la fibre conditionne la rigidité de la fibre. Les liaisons hydrogènes qui s’établissent le long et entre les chaînes cellulosiques sont à la base des bonnes propriétés des fibres cellulosiques [7].

Hémicelluloses

C’est le deuxième constituant de la fibre de sisal. On désigne par hémicellulose tout polysaccharide soluble dans l’eau et pouvant être extrait de la paroi des cellules végétales par des solutions acides. Les hémicelluloses sont une classe de polymères très variés (de nombreux monomères et de nombreux branchements différents). Elles sont donc assez mal définies. Dans leurs états naturels, leur structure est fonction de l’espèce végétale. Ce sont des polysaccharides dont la chaîne principale linéaire est constituée respectivement de xylose, de mannose et de galactose [8].

Pectines

Les pectines jouent un rôle capital dans l’architecture de la paroi de la fibre. Ces substances pectiques sont présentes avec des proportions variées dans la plupart des végétaux (environ 1% dans le bois). Elles jouent le rôle de ciment intercellulaire et contribuent à la cohésion des tissus végétaux [8].

Propriétés mécaniques de la fibre de sisal [8]

La faiblesse de la masse volumique de la fibre de sisal (1,45 g/cm3) confère à ces matériaux des propriétés mécaniques spécifiques intéressantes. Les fibres longues de sisal ont des contraintes en traction plus faibles que les fibres courtes.
La cellulose cristalline est l’un des polymères ayant un module d’élasticité relativement plus élevé (90-137 Gpa), comparé à celui de la fibre de verre qui est de 75 Gpa. Ainsi un index de cristallinité de la cellulose d’une fibre élevé est indicateur de propriétés mécaniques élevées.

Importance de la fibre de sisal [9]

Le sisal est préféré à d’autres matière parce qu’ils offrent des atouts liés à :
 Faible cout.
 Matière abondant (facile a trouvée) surtout à Madagascar.
 Biodégradabilité.
 Ressource renouvelable.
 Demande peu de produit pour être produite.
 Propriétés mécaniques spécifique importante (résistance et rigidité).

Taux d’absorption d’eau

L’analyse du pouvoir d’absorption d’eau est effectuée sur les différents types de composite 2 essai sur chacun et on a déduit une valeur moyenne sur le tableau suivant. Pour pouvoir mesurer le taux d’absorption d’eau du composite, on a pris les unes après les autres et on la pèse à sec. Ensuite, on l’a immergée dans l’eau jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de bulle d’air remontant pendant quelque jour (4 jours). Après, on la sort de l’eau et la laisse un bout de temps (entre 10-15sec) afin que l’eau qui n’était pas totalement absorbée s’enlève. Enfin, on a pesé l’échantillon mouillé. A partir de ces valeurs, on peut savoir le taux d’absorption d’eau de notre produit.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALES
I. Définition d’un matériau composite [1][2]
I.1. Constituants [2]
I.1.1. Renforts
I.1.1.1. Renforts discontinus
I.1.1.2. Renforts continus
I.1.1.3. Diverses formes de renfort [1][2][3]
I.1.2. Matrice
I.1.3. Charges et additifs [4][5]
I.1.4. Types de matériau composite
I.1.5. Matériaux composite structuraux
I.1.6. La mise en oeuvre des matériaux composites [1][2][3]
II. Historique
II.1. Classification
II.2. Morphologie de la fibre de sisal
II.3. Structure de la fibre de sisal [8]
II.4. Composition chimique des fibres de sisal
II.4.1. Cellulose
II.4.2. Hémicelluloses
II.4.3. Pectines
II.5. Propriétés mécaniques de la fibre de sisal [8]
II.6. Importance de la fibre de sisal [9]
III. Généralités
III.1. Définitions [10] [11]
III.2. Etapes de la fabrication [10][11][13]
III.2.1. Préparation au tissage
III.3. Diffèrent mécanisme du métier à tisser [11][13]
III.4. Diffèrent types de tissu [11][12]
III.5. Différents types des machines à tisser [11]
VI. Introduction
IV.1. CARACTERISATION DES MATERIAUX D’EXPERIMENTATION
IV.1.1. La fibre de sisal
IV.1.2. Les tissus
IV.1.2.1.Masse surfacique de chaque composite
IV.1.3. Métier à tisser
IV.1.4. Polyester
IV.2. FABRICATION ET METHODE DE CARACTERISATION DU COMPOSITE
IV.2.1. PROCESSUS DE FABRICATION
IV.2.1.1.Bobinage
IV.2.1.2.Ourdissage
IV.2.1.3.Rentrage
IV.2.1.4.Tissage
IV.2.1.5.Moulage
IV.2.1.6.Finition
IV.2.1.7.Produit obtenu
IV.3. METHODES DU CARACTERISATION DU COMPOSITE
IV.3.1. Propriétés physiques :
IV.3.1.1.Masse volumique
IV.3.1.2.Taux massique du renfort
IV.3.1.3.Taux d’absorption d’eau
IV.3.2. Propriétés mécaniques :
IV.3.2.1.Essai de flexion
IV.3.2.2.Résistance à la traction
IV.3.2.3.Essai au choc
V. Introduction 
V.1. Sur le point de vue physique
V.1.1. Masse volumique
V.1.2. Taux massique du renfort
V.1.3. Taux d’absorption d’eau
V.2. Sur le point de vue mécaniques
V.2.1. Résistance a la flexion
V.2.2. Résistance à la traction
V.2.3. Essai au choc
VI.1. IMPACT SUR LE COUT DE REALISATION
VI.2. IMPACT SUR LE PLAN SOCIO-ECONOMIQUE [14]
CONCLUSION GENERALES.

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