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Auteur(s)
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Marie-Ange BUENO : Ingénieur textile, Docteur en sciences de l'ingénieur - Professeur des Universités, Université de Haute Alsace, École nationale supérieure d'ingénieurs Sud Alsace, Laboratoire de physique et mécanique textiles (EAC 7189 CNRS/UHA)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les textiles sont des matériaux multi-échelles, comme tout matériau, mais dont les éléments aux différentes échelles sont visibles à l'œil nu. De plus, ces éléments sont élancés : au moins une de leur dimension est négligeable devant les autres. L'entité élémentaire est la fibre. Plusieurs fibres sont assemblées pour former un fil. Les fils linéiques sont transformés en surface par tricotage, tissage ou tressage. Il est également possible de réaliser une surface textile directement par assemblage de fibres, il s'agit des non-tissés. La cohésion du fil, du tissu, du tricot, de la tresse ou encore de la plupart des non-tissés est due uniquement au frottement.
Les forces de frottement entre les fibres ou entre les fils sont plus faibles que les forces physico-chimiques reliant les molécules à l'origine de la cohésion des matériaux homogènes. Les matériaux textiles sont alors plus souples que les matériaux homogènes équivalents (même masse linéique ou surfacique et même matériau de constitution).
Le tissage ou le tressage permettent d'augmenter la cohésion du fil précurseur, donc sa force de rupture.
Le frottement dans le matériau textile est donc à l'origine de sa grande souplesse et résistance mécanique et de sa capacité à être mis en forme sous faibles sollicitations, d'où une utilisation non seulement en habillement, mais également comme renfort de matériaux composites, en génie civil, dans l'industrie, dans le secteur médical...
Outre les frottements dans le matériau textile, le comportement tribologique d'un textile lors du contact avec d'autres matériaux est important :
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lors du procédé de fabrication dans le cas du contact avec les organes des machines, au cours de la formation du textile linéique ou surfacique ou encore pendant les opérations d'ennoblissement (traitements chimiques et mécaniques visant à conférer au textile ses propriétés organoleptiques et fonctionnelles finales) ;
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lors de son utilisation finale avec les cas particuliers des contacts peau-textile dans l'habillement ou le vêtement de sport, et textiles-textiles [B 5330] par exemple.
un matériau est élancé lorsqu'au moins une de ses dimensions est négligeable devant les autres, le rapport entre les longueurs doit être de quelques dizaines au minimum.
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- Version courante de déc. 2015 par Marie-Ange BUENO
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2. Frottement entre les fibres ou les fils
Le comportement mécanique d'un matériau textile dépend du frottement entre les fibres et/ou les fils. Le frottement peut également être à l'origine de la cohésion du matériau, donc de son existence.
2.1 Frottement entre les fibres dans le fil
Le fil est le produit de la filature dont le point de départ est la balle de fibres, contenant 100 à 300 kg de fibres compactées et emballées pour le transport, au fil comptant en général quelques centaines de fibres dans sa section, les fils les plus fins ayant quelques dizaines de fibres dans une section. La filature regroupe une dizaine d'opérations ayant pour but d'individualiser les fibres, de les paralléliser et d'arriver à un fil ayant la finesse voulue. Les différentes étapes de filature peuvent se diviser comme suit :
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l'épluchage. Son objectif est de collecter les fibres à partir des balles en enlevant des couches successives de fibres à partir d'une rangée de balles de fibres alignées, comme le ferait une fraise passe après passe ;
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la grosse préparation ouvre les flocons de fibres en passant entre des picots dont la taille diminue et la densité augmente d'une machine à l'autre. L'ouverture permet également de nettoyer les flocons en enlevant les déchets présents sur les fibres naturelles comme des résidus de capsules dans le cas du coton ;
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le cardage. Les fibres y sont individualisées et éventuellement nettoyées par des dents ou aiguilles de quelques millimètres de hauteur. À la sortie de la carde, les fibres sont sous forme d'un ruban (10) allant de 1 jusqu'à environ 7 ktex comptant quelques dizaines de milliers de fibres à la section ;
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l'étirage. Il parallélise les fibres et donne un ruban plus régulier et plus fin que la carde, puis une mèche (10) encore plus fine (0,5 à 1 ktex) avec quelques milliers de fibres environ à la section ;
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la filature étire la mèche pour arriver à une section de quelques centaines de fibres et donne une torsion aux fibres qui assure les propriétés mécaniques du fil.
Il s'agit ici de la description du procédé de filature le plus répandu : à anneau-curseur. Certains autres procédés de filature ne nécessitent pas la réalisation d'une mèche.
La cohésion d'un filé de fibres...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BAUSSAN (E.) - Étude tribologique et modélisation du contact peau – chaussette. Application à la course à pied - , Thèse de doctorat, Université de Haute Alsace, Mulhouse, 2010.
-
(2) - BREUGNOT (C.) - Contribution à la caractérisation mécanique du toucher des surfaces textiles à partir de critères neurosensoriels - , Thèse de doctorat, Université de Haute Alsace, Mulhouse, 2005.
-
(3) - FONTAINE (S.) - Contribution à la compréhension des mécanismes tribologiques lors d'une usure abrasive ou chimique de structures fibreuses. Applications industrielles aux tissus en PET-laine. - Thèse de doctorat, Université de Haute Alsace, Mulhouse, 2001.
-
(4) - GASSMANN (V.), KNITTEL (D.), PAGILLA (P. R.) et BUENO (M.-A.) - Fixed-order H∞ tension control in the unwinding section of a web handling system using a pendulum dancer – IEEE Transactions on Control Systems Technology, - DOI 10.1109/TCST. 2011. 2107554, 2011.
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(5) - LAMY (B.) et BUENO (M.-A.) - Caractérisation tribologique...
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