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1 - DÉFINITION GÉNÉRALE DES TISSUS 3D

2 - PROCÉDÉ DE PRODUCTION DES TISSUS 3D

3 - PROPRIÉTÉS DES TISSUS 3D

4 - APPLICATIONS

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : N4615 v1

Tissage 3D - Procédé et produits

Auteur(s) : François BOUSSU, François CHARLEUX, Mathieu DECRETTE

Relu et validé le 17 juin 2021

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Présentation

RÉSUMÉ

Le procédé de tissage 3D permet de réaliser des renforts tissés complexes et adaptés à la forme finale du matériau composite. Les différents paramètres produits de ces tissus 3D permettent d’obtenir des propriétés mécaniques plus adaptées à la résistance au délaminage et à l’impact. Une définition générale de ces tissus 3D interlock chaîne, incluant les différents types de fils et leurs évolutions dans la structure tissée, illustre dans cet article la diversité des architectures disponibles pour s’adapter au besoin des concepteurs de matériaux composites.

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ABSTRACT

3D weaving. Process and products

The 3D weaving process makes possible the production of complex woven reinforcements adapted to the final shape of the composite material. The different product parameters of these 3D fabrics allow to obtain mechanical properties well adapted to the resistance to delamination and impact. A general definition of these 3D warp interlock fabrics, including the different types of yarns and their evolution in the woven structure, illustrates in this article the diversity of architectures available to adapt to the needs of composite material designers.

Auteur(s)

  • François BOUSSU : Professeur des Universités - Laboratoire de Génie et Matériaux Textiles - Ecole Nationale Supérieure des Arts et Industries Textiles, Roubaix

  • François CHARLEUX : Adjoint Métier Procédés CMO/CMC - Département Matériaux – YQMA - SAFRAN AIRCRAFT ENGINES, Villaroche

  • Mathieu DECRETTE : Maître de Conférences - Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles - Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs Sud-Alsace - Université de Haute Alsace, Mulhouse

INTRODUCTION

Suite aux premiers essais de tissage interlock 3D des années 80, plusieurs études majeures du domaine ont mis en évidence, entre 1990 et 2000, les nombreux avantages de l’utilisation de tissus 3D, utilisés seuls ou en tant que renforts fibreux pour matériaux composites. Les avantages technologiques et économiques de ces tissus 3D par rapport à d’autres renforts textiles ont été prouvés dans différentes applications de matériaux composites. Cependant, ce type de tissu présente également certains inconvénients en raison de son architecture particulière et son mode de production spécifique.

Différentes classifications précédentes sur les tissus 3D en général ont conduit à des définitions plus ou moins précises par le croisement de critères mélangeant la dimension du produit tissé avec la direction privilégiée de manipulation des fils dans l’espace cartésien.

Des résultats de recherche de la décennie 2010 ont permis d’identifier les avantages et les inconvénients résultant de la multitude d’architectures qui peuvent être conçues et produites, ce qui aboutit à une grande diversité de combinaisons d’entrecroisement entre les fils de chaîne et trame, tant dans le plan qu’à travers l’épaisseur de la structure tissée en 3D.

Des observations expérimentales détaillées sur les matériaux composites fabriqués à partir de tissus 3D ont permis de déterminer l’influence de l’architecture textile sur les propriétés mécaniques et les mécanismes de rupture associés. Ces structures, en raison de leur type de consolidation spécifique à travers l’épaisseur, révèlent des propriétés mécaniques intéressantes, en particulier lorsqu’ils sont utilisés comme renfort fibreux dans des matériaux composites en comparaison avec des structures de tissus laminés. En effet, les tissus 3D, et plus spécifiquement les tissus 3D interlocks chaînes, améliorent la résistance du matériau composite au délaminage grâce à la présence d’un fil de liage dans l’épaisseur de la structure tissée. La résistance aux chocs de la pièce composite est par conséquent plus élevée. Ainsi, la zone endommagée des tissus 3D interlocks chaînes par impact ou choc est réduite en dimensions par rapport à des matériaux composites renforcés de structures de tissus laminés. De plus, les matériaux obtenus semblent être plus résistants à de multiples impacts.

Depuis les années 2000, des travaux de recherche ont également mis en évidence les endommagements causés aux fils pendant le processus de tissage, principalement par l’abrasion entre les fils mais aussi par le contact avec d’autres parties de la machine à tisser. Cet endommagement peut être mesuré et calculé via un coefficient de perte tout au long du processus de production, ce qui nous a permis d’identifier les principales causes de cette dégradation du fil. En conséquence, il est donc recommandé d’adapter le processus de production et la machine à tisser pour minimiser la dégradation des fils pendant la phase de tissage.

Cependant, parmi toutes les études effectuées sur les tissus 3D interlocks chaînes, il est parfois difficile de reconnaître avec précision le type d’architecture utilisé et d’indiquer ensuite quels sont les paramètres produits et/ou procédé qui sont responsables de l’effet obtenu. C’est pourquoi il est nécessaire de dégager une définition générale des tissus 3D interlocks chaînes afin de mieux les décrire et les modéliser géométriquement.

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KEYWORDS

textile composite   |   3D fibrous reinforcement   |   3D weaving process   |   3D warp interlock fabric

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n4615


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CAHUZAC (G.) -   Armature tissée pour matériau composite.  -  France Brevet FR 2 610 951, 17/02/1987.

  • (2) - BATEUP (L.), BUCKLEY (M.), LEWIN (B.), LONG (A.), MCIHAGGER (R.), TAYLOR (L.) -   HYBRIDMAT 4 : Advances in the manufacture of 3-D preform reinforcement for advanced structural composites in aerospace – a mission to the USA  -  (2006).

  • (3) - BAUCOM (J.N.), ZIKRY (M.) -   Evolution of Failure Mechanisms in 2D and 3D Woven Composite Systems Under Quasi-Static Perforation.  -  Journal of Composite Materials, vol. 37, n° 18, pp. 1651-1674, 01/01/2003.

  • (4) - BOUSSU (F.) -   Solutions textiles pour la protection balistique – Application au blindage des véhicules terrestres ou aéroportés.  -  FUTEX, Marcq en Baroeul, 10-11/01/2007.

  • (5) - LOMOV (S.), BOGDANOVICH (A.), IVANOV (D.), MUNGALOV (D.), KARATHAN (M.), VERPOEST (I.) -   A comparative study of tensile properties of non crimp 3D orthogonal weave and multi layer plain weave e-glass composites. Part 1: Materials, Methods and Principal Results....

NORMES

  • Textiles – Dictionnaire des termes normalisés – NF G00-001 - AFNOR - (1988)

  • Textiles – Armures – Codage et Exemples ISO 9354 - ISO - (1989)

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Constructeurs de machines à tisser et de formation de la foule

    Dornier

    https://www.lindauerdornier.com/en/

    Stäubli

    https://www.staubli.com/fr-fr/

    Producteurs de fil carbone

    Toray 

    https://www.toray.com/

    Teijin

    https://www.teijin.com/

    Hexcel

    https://www.hexcel.com/

    Tissage de tissus 3D

    Porcher Industries

    https://www.porcher-ind.com/

    Albany

    https://www.albint.com/

    Sigmatex

    https://www.sigmatex.com/

    Shape 3

    http://www.shape3.com/Frameset_Shape3.htm

    Evénements

    Salon Techtextil (axé produits textiles, organisé les années impaires à Francfort)

    https://techtextil.messefrankfurt.com/frankfurt/en.html

    Salon ITMA (axé machines textiles, organisé tous les quatre ans)

    https://www.itma.com/

    3D Fabrics : World Conference on 3D Fabrics and their Applications (organisé les années paires)

    https://texeng.net/conferences/

    TEXCOMP : The International Symposium on Textile Composites (organisé tous les deux ans)

    Laboratoires – Écoles

    Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs Sud-Alsace, Mulhouse

    http://www.ensisa.uha.fr/

    Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles, Mulhouse

    http://www.lpmt.uha.fr/...

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