Système de fibres tissées pour l'amélioration des propriétés mécaniques des composites à fibres longues discontinues

Abstract

Cette thèse de maîtrise présente deux articles de recherche sur le comportement mécanique des composites à fibres longues discontinues (FLD) fabriqués par moulage par compression à partir de petites bandes obtenues par découpage d’un préimprégné. Cette thèse contient également un chapitre qui présente un modèle numérique pour simuler le comportement non-linéaire des composites FLD lors d’un test de traction. Le premier article présente une méthode basée sur l’orientation des fibres, obtenue par micrographie, qui fut développée pour estimer les propriétés mécaniques des composites FLD. La position et l’orientation de chaque fibre sont extraites de la micrographie et utilisées en conjonction avec la théorie classique des stratifiés pour prédire le module élastique équivalent du composite. Les prédictions du modèle correspondent aux résultats des essais expérimentaux. Cette méthode a servi à approfondir l’étude provenant des travaux de Léger et al. [9] qui suggère que le procédé de moulage par compression peut générer un écoulement qui provoque un alignement des bandes. Dans ce cas, les bandes unidirectionnelles (UD) orientées à angles élevés par rapport au chargement engendrent une certaine faiblesse dans le composite. Afin de remédier à ce problème, une nouvelle approche pour la production de composites FLD est proposée dans le deuxième article, où, au lieu des fibres UD, des fibres tissées sont utilisées pour les bandes découpées. Des plaques de fibres de carbone/polyétherimide (PEI) ont été fabriquées à partir de telles bandes. Le nouveau matériau a été soumis à des tests de traction et de flexion. Les résultats de ces tests montrent que la variabilité des propriétés mécaniques diminue significativement lorsque des fibres tissées sont utilisées dans les composites FLD. De plus, les résultats de cette analyse ont permis de montrer que les composites à bandes de fibres tissées ont des propriétés mécaniques significativement supérieures en flexion et semblent avoir des propriétés en tension similaires aux composites à bandes UD. Lors des tests de flexion, les composites à bandes de fibres tissées ont donné une résistance de 29 % supérieure et un module élastique de 20 % supérieur aux composites à bandes UD. Cette thèse présente une analyse numérique de la performance en chargement des composites FLD à base de bandes de fibres UD et tissées afin d’approfondir la comparaison. Il a été remarqué que les composites à bandes de fibres UD montrent principalement des défaillances selon des modes de ruptures perpendiculaires aux fibres et en cisaillement. Cependant, dû aux propriétés plus uniformes des bandes à fibres tissées, les composites FLD fabriqués de ces dernières montrent de l’endommagement comprenant des ruptures dans les deux directions du plan. Ceci a permis de conclure que les bandes à fibres tissées donnent une meilleure homogénéité des propriétés permettant de réduire la variation des propriétés mécaniques avec l’orientation.