SAN-OM-29
EFFET DU POURCETANGE DE FIBRE BICOMPOSANTE SUR LES PERFORMANCES DES NON-TISSÉS À BASE DE FIBRE DE JUTE RECYCLÉ
Fibres naturelles :
Propriétés physiques :
Les fibres naturelles peuvent être considérées comme des composites de fibrilles de cellulose creuses maintenues ensemble par une matrice composée de la lignine et d’hémicellulose (John et Thomas, 2008; Thomas, 2008). Chaque fibrille a une structure stratifiée complexe constituée d’une paroi principale mince dont la première couche est déposée au cours de la croissance des cellules entourant une paroi secondaire (Figure 1.2). La paroi cellulaire de la fibre n’est pas une membrane homogène. Elle est constituée de trois couches dont la couche intermédiaire définit les propriétés mécaniques de la fibre. Cette dernière couche est formée d’une série de microfibrilles cellulaires enroulées en hélice et formées à partir de molécules de cellulose à chaine longue. L’angle entre l’axe de la fibre et les microfibrilles est appelé angle microfibrillaire. Sa valeur varie d’une fibre à une autre.
Transversalement, toutes les fibres naturelles contiennent une cavité centrale qu’on appelle le lumen. Ce dernier a une forme ronde, elliptique ou polygonale. Sa taille dépend de la source de la fibre ainsi que l’épaisseur de la paroi de la cellule (Reddy et Yang, 2005). Par exemple, la présence d’un lumen creux diminue la densité apparente de la fibre et agit comme un isolant thermique et acoustique.
Propriétés chimiques :
Caractérisation chimique des fibres végétales
Toutes les fibres végétales sont constituées de trois éléments essentiels. Il s’agit en premier lieu de la cellulose qui est présente en plus grande quantité, d’hémicellulose en deuxième lieu et enfin de lignine. On peut trouver aussi de la pectine et de la cire, mais avec des pourcentages très faibles par rapport aux trois composés principaux. Le tableau ci-dessous montre la composition de quelques fibres végétales.
Structures textiles :
Différents types de structures textiles :
Après la production des fibres ou des fils, selon l’utilisation, il est alors possible de les employer dans une structure textile en vue d’obtenir les propriétés mécaniques souhaitées. Chaque structure textile est utilisée pour des applications techniques différentes tout dépend des propriétés que le fabriquant cherche (Fangueiro, 2011). Les quatre structures textiles plus utilisées sont les tissés, les tricotés, les non-tissés et les tressés. D’autres facteurs peuvent être pris en considération, comme le choix des fibres, leur orientation et leur morphologie. Par exemple, pour une application dans le domaine de l’isolation acoustique, un non-tissé sera plus approprié car il offre une densité plus faible. D’autre part, un textile tissu, avec des fibres orientées à 0° et 90°, est mieux adapté pour un renfort structurel qu’un textile tricoté. Chaque type de structure a ses avantages et ses inconvénients, et, dans la plupart des cas, le choix final reste un compromis entre les exigences souhaitées et celles que la structure pourra satisfaire (Ratner, 2004).
Production de fil
Passer de la fibre au fil est un processus qui nécessite l’assemblage d’une ou de plusieurs fibres afin de créer un fil selon les caractéristiques recherchées au niveau du produit fini (Carissoni, 2002; Fangueiro, 2011; lawrence, 2003).
Il existe deux procédés de production de fil : il s’agit de la filature de type coton et la filature de type laine. Les machines utilisées diffèrent pour les deux procédés mais les étapes restent généralement les mêmes (Lord, 2003) :
• La préparation de la fibre : l’ouverture, le mélange et le nettoyage des fibres.
• Le cardage : traitement du mélange des fibres pour former un voile à la sortie.
• L’étirage : superposition de plusieurs voiles sortant de la carde et étirage afin de fixer la finesse du ruban.
• Affinage : transformation du ruban sortant du banc d’étirage en mèche à l’aide du banc à broches. • La filature : transformation de la mèche en fil en choisissant une torsion adéquate en « S » ou en « Z ».
Non-tissés techniques à base de fibres naturelles :
Introduction :
Pendant des siècles, le béton, l’acier et le bois étaient les composants les plus importants pour les infrastructures. Or, les coûts de construction sont, essentiellement en raison du prix de ces matériaux, considérablement en hausse ces dernières années (Dittenber et Gangarao, 2012; Thakur, Thakur et Gupta, 2014). Au fil du temps, les renforts synthétiques issus des ressources pétrolières pour les composites ont été une bonne alternative en raison de plusieurs facteurs comme : la résistance spécifique élevée, la rigidité spécifique élevée, une meilleure résistance à la fatigue, une capacité d’absorption de l’énergie d’impact, la facilité de fabrication, le contrôle des performances structurelles, la productivité, une meilleure résistance à la corrosion, une longue durée de vie et une non-conductivité électrique et thermique. Par exemple, pendant les 50 dernières années, la fibre de verre, une fibre structurelle fabriquée artificiellement, est devenue un matériau incontournable comme renfort. Elle est considérée comme la fibre la moins chère par rapport aux autres fibres synthétiques et elle offre un très large éventail pour de nombreuses applications structurelles (Beckwith, 2003).
En même temps, le monde a connu une utilisation accrue de la fibre naturelle surtout comme renfort dans des matériaux composites à base de polymères. Ces fibres offrent plusieurs avantages économiques, techniques et écologiques par rapport aux renforts synthétiques (Ratna Prasad et Mohana Rao, 2011; Shah, Schubel et Clifford, 2013). Ces renforts sont éventuellement plus légers, moins couteux, faciles à manipuler, et ont des bonnes propriétés d’isolation thermique et acoustique. Ils offrent aussi un potentiel de fabrication des composants structuraux biodégradables en utilisant seulement des ressources renouvelables.
Performances mécaniques des fibres naturelles pour les non-tissés techniques :
Généralement les fibres libériennes ont de meilleures propriétés mécaniques par rapport aux autres fibres naturelles (Beckwith, 2003). Parmi ces fibres, le lin offre les meilleures performances en combinant un faible coût, un poids léger et une très bonne résistance mécanique. Le jute aussi est connu pour ses propriétés mais il n’est pas aussi résistant et rigide que le lin. Globalement, les fibres naturelles ont des densités plus faibles et peuvent être beaucoup moins chères par rapport à la fibre de verre. Bien que leurs forces soient moins élevées, les fibres naturelles ont un énorme potentiel pour les applications où la rigidité et le poids sont des préoccupations majeures.
Thakur et al. (Thakur, Singha et Thakur, 2013) ont réalisé une étude sur les performances mécaniques (force à la rupture, résistance à la flexion et à l’usure) et la dégradation des composites renforcés avec différents pourcentages (10, 20, 30, et 40%) de la fibre cellulosique Oseille de Guinée. Cette étude a montré que les propriétés mécaniques des composites renforcés à base de fibre naturelles sont largement influencées par les conditions environnementales lors de la production de la fibre et la qualité de fibre utilisée pour la fabrication du renfort. Cette étude a montré aussi que la présence de la fibre cellulosique dans un composite affecte la stabilité thermique de ce dernier. Il a été conclu que le composite est thermiquement moins stable que la résine utilisée comme matrice.
Toujours à propos des textiles techniques à base des fibres naturelles, A. Rawal et R. Anandjiwala ont fait une étude comparative entre les propriétés de non-tissés cardés aiguilletés fabriqués à base de polyester et de fibre de lin pour une application comme géotextile (Rawal et Anandjiwala, 2007). Cette étude a été basée sur une matrice expérimentale avec trois paramètres variables : le débit d’alimentation pour le cardage, le nombre de coups par minute et la pénétration des aiguilles dans les non-tissés. L’étude a montré que les non-tissés en fibres de polyester sont plus denses par rapport à ceux en fibres de lin, ce qui peut être attribué à la reprise élastique élevée de la fibre du polyester. La force de rupture des non-tissés à base de fibre de lin a varié entre 43 et 113 N/50mm en sens machine et 52 et 148 N/50mm en sens travers. En ce qui concerne les non-tissés à base de polyester, la force de rupture était située entre 107 et 289 N/50mm en sens machine et 164 et 467 N/50mm en sens travers. La perte de résistance a été attribuée aux grandes variations de longueur et de finesse inhérentes à la fibre de lin. Un effet de cette variabilité a aussi été observé au niveau de la porosité des non-tissés : il a été remarqué une grande variation des diamètres des pores par les non-tissés de lin par rapport aux non-tissés de polyester.
Applications des non-tissés techniques à base des fibres naturelles dans les composites :
La relation entre les fibres naturelles et les matériaux composites remonte à des milliers d’années quand les gens utilisaient tout ce qu’ils trouvaient afin de construire des abris, des maisons, des murs et des bâtiments (Beckwith, 2003). Selon la littérature, l’utilisation des matériaux argileux renforcés par la paille remonte à au moins 3000 ans en Égypte. Les produits du bois ont également été fréquemment utilisés pour différentes applications. Par exemple on trouve, dans la Chine ancienne, le ”Tulou”, un des plus anciens bâtiments boisargile utilisés jusqu’aujourd’hui qui date d’il y a 1200 années et peut encore être observé dans le sud de la Chine (Hodzic et Shanks, 2014). Les composites à renfort fibreux naturel ont récemment été employé dans différentes applications commerciales comme les composants pour portes, fenêtres, meubles, les installations sportives, l’industrie d’automobile et d’emballage, etc. (Thakur, Thakur et Gupta, 2014). Les matériaux composites faits à partir de fibres cellulosiques comme les fibres végétales montrent des avantages économiques et environnementaux remarquables (Gassan et Gutowski, 2000). Normalement les fibres cellulosiques sont intrinsèquement polaires en raison de la présence de groupes hydroxyles et carboxyliques dans leur structure (Ratna Prasad et Mohana Rao, 2011). Mais malgré cette polarité inhérente qui nuit à la compatibilité avec la matrice polymère, les matériaux composites faits de fibres naturelles non-modifiées présentent souvent des propriétés mécaniques satisfaisantes.
|
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Généralités
1.1.1 Fibres textiles
1.1.2 Fibres naturelles
1.1.3 Classement des fibres naturelles
1.1.4 Domaines d’application
1.2 Fibres naturelles
1.2.1 Propriétés physiques
1.2.2 Propriétés chimiques
1.2.2.1 Caractérisation chimique des fibres végétales
1.2.2.2 Les différents composants chimiques des fibres végétales
1.2.2.3 Dégradation de différents composés chimiques de la fibre végétale
1.2.2.4 Le taux de cristallinité
1.2.3 Propriétés thermiques
1.2.4 Propriétés physicomécaniques
1.2.5 Avantages et inconvénients des fibres naturelles
1.2.5.1 Avantages
1.2.5.2 Inconvénients
1.2.6 Facteurs affectant les performances des fibres naturelles
1.3 Fibre bicomposante
1.4 Structures textiles
1.4.1 Différents types de structures textiles
1.4.1.1 Production de fil
1.4.1.2 Structures textiles tissées
1.4.1.3 Structures textiles tricotées
1.4.1.4 Structures textiles tressées
1.4.1.5 Structures textiles non-tissés
1.4.2 Avantages des non-tissés
1.4.3 Les inconvénients des non-tissés
1.4.4 Domaines d’application des non-tissés en général
1.5 Procédés de fabrication des non-tissés
1.5.1 Généralités
1.5.2 Les processus de formation du voile
1.5.2.1 Voie sèche
1.5.2.2 Voie humide
1.5.2.3 Voie fondue
1.5.3 Procédé de consolidation
1.5.3.1 Consolidation mécanique
1.5.3.2 Consolidation chimique
1.5.3.3 Consolidation thermique
1.5.4 Processus de finition
1.6 Non-tissés techniques à base de fibres naturelles
1.6.1 Introduction
1.6.2 Performances mécaniques des fibres naturelles pour les non-tissés techniques
1.6.3 Applications des non-tissés techniques à base des fibres naturelles dans les composites
1.7 Procédé de fabrication des non-tissés par voie sèche
1.7.1 Pourquoi la voie sèche
1.7.2 De la fibre au non-tissé
1.7.2.1 La fibre naturelle
1.7.2.2 Ouvraison
1.7.2.3 Cardage
1.7.2.4 Étaleur nappeur
1.7.2.5 Aiguilletage
1.7.2.6 Consolidation thermique
CHAPITRE 2 MÉTHODE ET MATÉRIAUX
2.1 Méthodes de caractérisation des fibres
2.1.1 Longueur des fibres naturelles
2.1.2 Diamètre des fibres
2.1.3 Résistance et allongement à la rupture
2.1.4 Mouillabilité
2.1.5 Analyse de composition
2.1.6 Analyse thermogravimétrique (TGA)
2.1.7 Détermination de la température de fusion pour les fibres bicomposante 62 2.2 Procédé de fabrication des non-tissés
2.2.1 Matériaux
2.2.2 Ouvraison
2.2.3 Cardage
2.2.4 Aiguilletage
2.2.5 Thermoliage
2.3 Méthodes de caractérisation des non-tissés
2.3.1 Masse surfacique et épaisseur des non-tissés
2.3.2 Force et allongement à la rupture des non-tissés
2.4 Fibre de jute recyclé
2.4.1 Longueur de la fibre de jute recyclée
2.4.2 Diamètre de la fibre de jute recyclée
2.4.3 Force et allongement à la rupture de la fibre de jute recyclée
2.4.4 Température de décomposition de la fibre de jute recyclée
2.4.5 Analyse de composition pour la fibre de jute recyclée
2.4.6 Mouillabilité
2.5 Fibre de kénaf
2.5.1 Longueur de la fibre de kénaf vierge
2.5.2 Diamètre équivalent de la fibre de kénaf vierge
2.5.3 Force et allongement à la rupture de la fibre de kénaf vierge
2.5.4 Analyse de composition des fibres de kénaf vierge
2.6 Fibre bicomposante
2.6.1 Fibre bicomposante PET/coPET (Bico3)
2.6.1.1 Longueur de la fibre
2.6.1.2 Diamètre des fibres
2.6.1.3 Force et allongement à la rupture
2.6.1.4 Température de fusion
2.6.1.5 Température de décomposition
2.6.1.6 Analyse de composition
2.6.1.7 Mouillabilité
2.6.2 Fibre Bicomposante HDPE/PP (Bico10)
2.6.2.1 Longueur de la fibre
2.6.2.2 Diamètre des fibres
2.6.2.3 Force et allongement à la rupture
2.6.2.4 Température de fusion
2.6.2.5 Température de décomposition
2.6.2.6 Analyse de composition
2.6.2.7 Mouillabilité
2.6.3 Fibre Bicomposante PET/coPET (Bico11)
2.6.3.1 Longueur de la fibre
2.6.3.2 Diamètre de la fibre
2.6.3.3 Force et allongement à la rupture
2.6.3.4 Température de fusion de la fibre
2.6.3.5 Température de décomposition
2.6.3.6 Analyse de composition
2.6.3.7 Mouillabilité
CHAPITRE 3 OPTIMISATION DES PARAMÈTRES TEXTILES POUR LA PRODUCTION DE NON-TISSÉS À BASE DE FIBRE DE JUTE RECYCLÉ
3.1 Optimisation des paramètres de l’ouvraison
3.1.1 Introduction
3.1.2 Essais préliminaires
3.1.3 Plan d’expérience
3.1.4 Résultats
3.1.5 Discussion
3.2 Optimisation de la vitesse de la carde
3.2.1 Introduction
3.2.2 Masse surfacique des non-tissés
3.2.3 Épaisseur des non-tissés
3.2.4 Force de rupture des non-tissés
3.2.5 Discussion
3.3 Optimisation de la profondeur des aiguilles de l’aiguilleteuse
3.3.1 Introduction
3.3.2 Masse surfacique des non-tissés
3.3.3 Épaisseur des non-tissés
3.3.4 Force de rupture des non-tissés
3.3.5 Discussion
3.4 Optimisation de la fréquence d’aiguilletage
3.4.1 Introduction
3.4.2 Masse surfacique des non-tissés
3.4.3 Épaisseur des non-tissés
3.4.4 Force de rupture des non-tissés
3.4.5 Discussion
3.5 Optimisation de la vitesse d’entrée/ sortie du tapis de l’aiguilleteuse
3.5.1 Introduction
3.5.2 Masse surfacique des non-tissés
3.5.3 Épaisseur des non-tissés
3.5.4 Force de rupture des non-tissés
3.5.5 Discussion
3.6 Optimisation de la température de thermoliage à l’aide d’une presse chauffante
3.6.1 Introduction
3.6.2 Choix de conditions
3.6.3 Performances mécaniques des non-tissés thermoliés
3.6.4 Discussion
3.6.5 Conclusion
3.7 Conclusion de l’optimisation des non-tissés à base de fibre de jute recyclée
CHAPITRE 4 OPTIMISATION DES PARAMÈTRES TEXTILES POUR LA PRODUCTION DE NON-TISSÉS À BASE DE FIBRE DE KÉNAF VIERGE
4.1 Performances de non-tissés de kénaf réalisés avec les paramètres optimaux pour la fibre de jute recyclé
4.1.1 Masse surfacique des non-tissés
4.1.2 Épaisseur des non-tissés
4.1.3 Force de rupture
4.1.4 Discussion
4.2 Optimisation des paramètres de l’ouvraison
4.2.1 Introduction
4.2.2 Plan d’expérience
4.2.3 Résultats
4.2.4 Discussion
4.3 Optimisation de la vitesse de la carde
4.3.1 Introduction
4.3.2 Masse surfacique des non-tissés
4.3.3 Épaisseur des non-tissés
4.3.4 Force de rupture des non-tissés
4.3.5 Discussion
4.4 Optimisation de la profondeur des aiguilles de l’aiguilleteuse
4.4.1 Introduction
4.4.2 Masse surfacique des non-tissés
4.4.3 Épaisseur des non-tissés
4.4.4 Force de rupture des non-tissés
4.4.5 Discussion
4.5 Optimisation de la fréquence d’aiguilletage
4.5.1 Introduction
4.5.2 Masse surfacique des non-tissés
4.5.3 Épaisseur des non-tissés
4.5.4 Force de rupture des non-tissés
4.5.5 Discussion
4.6 Optimisation des paramètres de l’aiguilleteuse
4.6.1 Introduction
4.6.2 Plan d’expérience
4.6.3 Résultats
4.6.4 Discussion
4.7 Optimisation de la température de thermoliage à l’aide d’une presse chauffante
4.7.1 Introduction
4.7.2 Résultats
4.7.3 Discussion
4.8 Conclusion sur l’optimisation des non-tissés à base de fibre de kénaf vierge
CHAPITRE 5 ETUDE DE L’EFFET DU CARACTÈRE HYDROPHOBE/HYDROPHILE DE LA FIBRE BICOMPOSANTE
5.1 Introduction
5.2 Résultats
5.2.1 Non-tissés réalisés avec la fibre bicomposante Bico3
5.2.1.1 Masse surfacique des non-tissés
5.2.1.2 Épaisseur des non-tissés
5.2.1.3 Force de rupture et allongement à la rupture des non-tissés
5.2.2 Non-tissés réalisés avec la fibre bicomposante Bico10
5.2.2.1 Masse surfacique des non-tissés
5.2.2.2 Épaisseur des non-tissés
5.2.2.3 Force de rupture et allongement à la rupture des non-tissés
5.2.3 Non-tissés réalisés à base de la fibre bicomposante Bico11
5.2.3.1 Masse surfacique des non-tissés
5.2.3.2 Épaisseur des non-tissés
5.2.3.3 Force de rupture et allongement à la rupture des non-tissés réalisés
5.3 Analyses des résultats
5.3.1 Thermoliage
5.3.2 Masse surfacique des non-tissés
5.3.3 Épaisseur des non-tissés
5.3.4 Force de rupture des non-tissés
5.3.5 Allongement à la rupture des non-tissés
5.4 Conclusion
CHAPITRE 6 EFFET DU POURCETANGE DE FIBRE BICOMPOSANTE SUR LES PERFORMANCES DES NON-TISSÉS À BASE DE FIBRE DE JUTE RECYCLÉ
6.1 Introduction
6.2 Fabrication des non-tissés
6.3 Résultats
6.3.1 Masse surfacique
6.3.2 Épaisseur
6.3.3 Force de rupture
6.4 Discussion
6.5 Conclusion
CHAPITRE 7 DISCUSSION GÉNÉRALE
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
Télécharger le rapport complet
