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Article

1 - NOTIONS ÉLÉMENTAIRES SUR LES MATÉRIAUX TEXTILES ET LEURS PROCÉDÉS D’OBTENTION

2 - MÉTHODES DE MESURES DU FROTTEMENT D’UN MATÉRIAU TEXTILE

3 - INFLUENCE DU FROTTEMENT

4 - COMPORTEMENT AU FROTTEMENT ET USURE ABRASIVE DU MATÉRIAU TEXTILE

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : TRI4400 v2

Méthodes de mesures du frottement d’un matériau textile
Tribologie des textiles - Frottement, usure et propriétés mécaniques

Auteur(s) : Marie-Ange BUENO

Date de publication : 10 déc. 2015

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RÉSUMÉ

La compréhension des mécanismes qui interviennent dans le frottement et l’usure des matériaux fibreux nécessite leur description succincte. Le frottement est un mécanisme présent dans les matériaux textiles (fils, surfaces). Il est à l’origine de leur existence et de leur comportement mécanique (traction, flexion). Les principales méthodes de mesure du frottement des fibres, fils et surfaces textiles sont présentées dans cet article. L’influence sur leur comportement au frottement des caractéristiques de ces matériaux (morphologie, structure et physico-chimie) à chaque échelle et des paramètres environnementaux (charge normale, vitesse, lubrification) est abordée. Lors de son utilisation le matériau textile est sollicité en frottement pouvant aboutir à une usure, caractérisée par des méthodes spécifiques.

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ABSTRACT

Tribology of Textile Materials. Friction, Wear and Mechanical Properties

To understand the mechanisms underlying the friction and wear of fibrous materials, a short description of these materials is needed. Friction is a fundamental mechanism present in linear and surface textile materials. Friction accounts for the very existence of these materials and for their mechanical behavior (traction, bending). The main methods for measuring friction of fibers, yarns and textile fabrics are presented in this paper. The influence of the characteristics of these materials on their friction behavior (morphological, structural and physical-chemical) at each scale and on the environmental parameters (normal load, sliding velocity, lubrication) is shown. During use textile materials often undergo friction stress causing wear, which can be evaluated by specific methods presented here.

Auteur(s)

  • Marie-Ange BUENO : Ingénieur textile, Professeur des Universités - École Nationale Supérieure d’Ingénieurs Sud Alsace - Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles - Université de Haute Alsace, Mulhouse, France

INTRODUCTION

Les textiles – le terme textile est à prendre ici au sens de matériaux fibreux obtenus par des procédés 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, c’est-à-dire qu’au moins une de leurs dimensions est négligeable devant les autres (le rapport entre les dimensions doit être de quelques dizaines au minimum). L’entité élémentaire est la fibre. Plusieurs fibres sont assemblées pour former à la fin 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, donc l’existence, des fils, des tissus, des tricots, des tresses ou encore de la plupart des non-tissés est due uniquement aux frottements et leurs propriétés mécaniques en dépendent donc fortement. 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 (pour une même masse linéique ou surfacique et un même matériau de constitution).

Le tissage et 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, de sa 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, c’est-à-dire le frottement et l’usure d’un textile lors du contact avec d’autres matériaux, est important :

  • 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) ;

  • lors de son utilisation finale avec les cas particuliers des contacts peau-textile dans l’habillement ou le vêtement de sport, et textiles-textiles.

L’objectif est ici de décrire les types de frottement pouvant se produire à l’intérieur d’un matériau textile et durant son utilisation, ainsi que les méthodes principales de caractérisation de ce frottement.

Les domaines industriels concernés sont très variés car le matériau textile est présent dans de nombreux secteurs avec des destinations finales diverses qui peuvent être l’habillement, l’ameublement mais également les vêtements de sport, de protection, les matériaux fibreux présents dans les transports (pneumatique, isolation, filtre, conduites, etc), le génie civil (routes, habitat, structures tendues [C2470]), l’agriculture (protection des champs et des cultures), les renforts de matériaux composites [AM5130] [AM5132] [AM5134] [AM5236] destinés à l’automobile, le sport, l’aéronautique, l’électronique, la santé [N2570], les paliers secs [B 5330].

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KEYWORDS

friction   |   wear   |   textile materials   |   composite materials

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-tri4400


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2. Méthodes de mesures du frottement d’un matériau textile

Les méthodes de mesure utilisées sont spécifiques au matériau fibreux qu’il soit sous forme de fibre, de fil ou de surface textile. L’objectif recherché est de caractériser le frottement entre le matériau fibreux et lui-même ou avec un autre matériau. Les critères utilisés sont standard : forces et coefficients de frottement statique et dynamique et leur évolution en fonction du temps, de la distance de glissement, de la vitesse, de la charge normale appliquée, etc.

2.1 Mesure du frottement des fibres et des fils

Les principes de mesures de frottement à ces deux échelles sont identiques, mais les forces mises en jeu ainsi que la difficulté de mise en œuvre ne sont pas du même ordre de grandeur : la manipulation de fibres en particulier si elles sont courtes, fines ou fragiles est délicate.

Différents principes de mesures existent. Dans le cas du frottement fibre ou fil contre un autre matériau la méthode du cabestan est utilisée. Dans le cas du frottement fibre contre fibre ou fil contre fil, ces éléments sont en général tendus sauf lorsqu’ils sont suffisamment rigides. Les éléments peuvent être parallèles, perpendiculaires, ou tordus entre eux pour former une hélice. Le contact est alors ponctuel ou linéaire.

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2.1.1 Frottement d’une fibre ou d’un fil contre un autre matériau

Pour le frottement d’une fibre ou d’un fil contre un autre matériau la méthode standard est celle du cabestan (cf. encadré, et le paragraphe 2.1 de [B5680]).

Dans le cas où le fil fait n tours autour du cylindre, il forme une hélice d’angle α par rapport à l’axe du cylindre. L’équilibre...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - GUPTA (B.S.) -   Friction in Textile Materials.  -  CRC Press ed. Cambridge: The Textile Institute and Woodhead Publishing Limited; 2008.

  • (2) - HONG (J.), JAYARAMAN (S.) -   Friction in Textile.  -  Text Prog. 2003;34(1/2):1-92.

  • (3) - HOWELL (H.G.), MIESZKIS (K.W.), TABOR (D.) -   Friction in Textiles.  -  London: Butterworths Scientific Publications; 1959.

  • (4) - BRISCOE (B.J.), KREMNITZER (S.L.) -   A study of the friction and adhesion of polyethylene-terephthalate monofilaments  -  Journal of Physics D: Apllied Physics. 1979;12:505-16.

  • (5) - El MOGAHZY (Y.E.), GUPTA (B.S.) -   Friction in Fibrous Materials. Part II: Experimental Study of the Effects of Structural and Morphological Factors.  -  Textile Res J. 1993;63(4):219-30.

  • (6) - LINDBERG (J.), GRALEN (N.) -   Measurement...

NORMES

  • Définitions et attributs des éléments de données pour la surveillance et la supervision des procédés textiles. Partie 1 : Filature, préparation de filature et procédés associés. - ISO 10782-1 - 1998

  • Matériel de préparation de filature, de filature et de retordage – Liste de termes équivalents. - NF ISO 2187 -

  • Textiles. Morphologie des fibres et fils. Vocabulaire. - ISO 8159 - 1987

  • Textiles. Tissus. Construction. Méthodes d’analyse. Partie 1 : représentation du dessin d’armure, du rentrage, du piquage au peigne et du levage. - ISO 7211-1 - 1984

  • Matériel pour l’industrie textile – Métiers et machines à tisser – Partie 1 : vocabulaire et classification. - ISO 5247-1 - 2004

  • Fibres textiles. Détermination de la force de rupture et de l’allongement de rupture des fibres individuelles. - ISO 5079 - 1995

  • Tricotage. Notions de base. Vocabulaire. - ...

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

    Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles, Mulhouse : http://www.lpmt.uha.fr

    École Nationale Supérieure d’Ingénieurs Sud Alsace, Mulhouse : http://www.ensisa.fr

    Institut Français du Textile et de l’Habillement, Lyon : http://www.ifth.org

    Laboratoire Génie des Matériaux Textiles, Roubaix : http://www.gemtex.fr/

    EMPA, Saint Gall (Suisse) : http://www.empa.ch/

    College of Textiles, North Carolina State University, Raleigh (Caroline du Nord, États-Unis) : http://www.tx.ncsu.edu/

    Laboratoire de Mécanique des Contact et des Surfaces, Lyon : http://lamcos.insa-lyon.fr/?L=1

    Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, Lyon : http://ltds.ec-lyon.fr/spip/

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