Friction of carbon tows and fine single fibres

The aim of this study conducted on carbon tows and single fibres is to highlight some friction behaviours to help better understand the friction mechanisms that occur during the manufacture of carbon composites. These mechanisms are responsible for damage that reduces the specifications and lifetime of mechanical parts. An experiment has been developed in order to rub together two carbon tows, or two single carbon fibres (with a diameter down to 5 mm), at an angle of 90°. The influences of friction velocity, normal load, and type of carbon fibre have been studied. For both tows and fibres the friction follows the Coulomb’s law because there is no influence of the velocity and the normal load in the tested range. The rearrangement of fibres within the tow has been shown to be fundamental. For the single fibre, the role of the Young’s modulus and the sizing treatment is important

Influence of Wear on the Sizing Layer and Desizing of Single Carbon Fibre-to-Fibre Friction

Carbon fibres are sized for use in the reinforcement of composite materials. The purposes for sizing include improving yarn cohesion, which is necessary for the weaving process, and increasing the adhesion between the fibres and the matrix. Nevertheless, during weaving, some fibrillation can occur, and that has detrimental effects on the weaving productivity and on the composite's properties. The purposes of this research were: (a) to determine whether abrasive wear between sliding fibres would modify the sizing and (b) to study the influence of sizing on the friction between fibres. The same type of carbon fibre was subjected to different desizing processes. The coefficient of friction between single fibres was obtained before and after desizing. The effects of sizing and sliding distance on frictional behaviour were investigated, and are related to the observed the wear of sizing layer. In fact, it increased with sliding distance and induced a decrease in the coefficient of friction. Moreover, an efficient desizing process induced a decrease of the coefficient of friction

Caractérisation de la texture de non-tissés par polarimétrie

L'objectif de cette étude consiste à caractériser la surface de non-tissés. Un non-tissé est constitué d'une nappe de fibres enchevêtrées de façon pseudo-aléatoire et dont la cohésion provient du processus de fabrication, dans notre cas, un thermoliage qui consiste à créer des points de fusion des fibres (points de calandrage). L'étude de la surface de ces matériaux fibreux particuliers nous informe sur leur texture qui influe fortement sur leurs propriétés organoleptiques, et sur l'orientation des fibres qui conditionne les propriétés mécaniques du matériau. Pour ce faire deux traitements d'images en degré de polarisation des échantillons sont développés. Afin de contrôler le processus de thermoliage une analyse des points de calandrage et du fond fibreux est réalisée. Afin de déterminer l'orientation majoritaire des fibres, influençant les propriétés mécaniques, seul le fond fibreux du matériau est analysé

Conception d'un doigt artificiel à fibre optique polymérique pour application du toucher de surfaces textiles

L'objectif de ce travail est de mettre au point un capteur mécanique capable de retranscrire le toucher en utilisant une fibre optique polymérique comme élément senseur. Le développement d'un doigt artificiel permet de raccourcir le temps de développement de nouvelles surfaces en évitant l'utilisation d'un panel humain. L'avantage essentiel de ce type de technologie est de ne pas être sensible à l'humidité. Le capteur étudié est composé d'une structure aluminium, d'un corps mou en PDMS (Sylgard®184) dans lequel est noyée une fibre polymérique développée à l'EMPA et de longueur 20 mm. Le contact entre la surface frottée et le capteur se fait par un téton de PDMS (Sylgard®184) de dureté plus importante. La surface considérée est un textile. Le coefficient de frottement observable entre le textile et le téton est comparable à celui que l'on peut trouver lors d'un frottement entre le doigt et le même textile. Le téton est moulé avec une texture concentrique aux dimensions des dermatoglyphes (100 µm de profondeur et 500 µm de période). Le montage d'étude permettant de caractériser la réponse du capteur en fonction des stimuli mécaniques est composé d'une source lumineuse Avalight Hal mini (lampe halogène 10W), de deux fibres optiques de verre large bande 250-2500 nm et d'un spectromètre Avantes AvaspecULS2048CL-Evo. Le capteur à fibre optique fonctionne selon le principe suivant : le spectromètre en fin de montage nous permet de mesurer l'intensité lumineuse transmise au travers de la fibre optique du capteur. La fibre est non couverte, ce qui implique que le saut d'indice de réfraction entre la fibre et le PDMS ne convient pas pour une transmission précise du flux lumineux, nous avons des fuites de lumière tout au long de cette fibre. De plus, la fibre éjecte plus de lumière à chaque courbure, sa déformation lors d'un stimulus mécanique est détectable par l'intensité transmise. La fibre est positionnée dans le capteur avec un angle imposé de 45° par rapport au plan horizontal à chaque extrémité. Deux méthodes de de caractérisation du capteur à fibre optique sont utilisées par mesure du comportement à l'indentation et au frottement. Un capteur de force, d'amplitude maximale 5N, est couplé à une platine de translation permettant une pénétration du matériau. Ce dispositif nous permet d'étudier le comportement du capteur à fibre optique en termes d'enfoncement en fonction de la force normale appliquée à la charge et à la décharge. Pour l'étude du comportement au frottement du doigt artificiel, celui-ci est monté à la place du frotteur d'un tribomètre. Il permet de mesurer les forces tangentielle et normale lors d'un frottement linéaire alternatif sur une platine mobile pour un déplacement choisi ici de 50mm, à 20mm/s avec une accélération de 50 mm/s². La force normale peut être : i) constante, elle est alors appliquée par une masse morte, le déplacement vertical du doigt artificiel est alors mesuré ou ii) mesurée à l'aide d'un capteur de force et alors le doigt artificiel est fixé à une altitude donnée. Les informations provenant de la fibre optique et de l'indenteur ou du tribomètre sont alors comparées. Il est montré que le capteur, bien qu'avec une seule fibre, permet de percevoir des influences mécaniques et ceci quelle que soit la direction de l'effort dans le cas d'une sollicitation en frottement. Différentes surfaces textiles, présentant ou non une anisotropie de surface, sont testées et montrent l'intérêt que peut présenter un tel capteur à fibre optique pour la caractérisation du toucher des surfaces textiles

Formation par projet de la CAO à la réalisation en filière mécanique de l'ENSISA

L'objectif de ce projet est de sensibiliser les étudiants aux problématiques de la réalisation d'un système mécanique à partir d'un cahier des charges imposé : fonctionnalités attendues, encombrement et contraintes de réalisation. Chaque étudiant conçoit sa solution : cinématique, forme et dimensionnement des pièces. Il défend son projet lors d'une présentation orale. Les projets retenus sont subdivisés en parties confiées à des binômes qui doivent finir la conception, préparer la fabrication et réaliser l'ensemble des pièces. Le système final est assemblé (ex : pompe à chambre oscillante)

Frottement entre fibres et fils de carbone

Les pièces composites renforcées de carbone sont fréquemment utilisées dans l’industrie actuelle. Lors de la fabrication de ces renforts, souvent tissés, des frottements se produisent et peuvent générer des défauts dans la pièce finale. Le frottement orthogonal entre fils de carbone et entre les fibres individuelles est étudié afin de mettre en évidence les phénomènes mis en jeu et les liens pouvant être établis entre fibres et fils. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nowadays composite pieces reinforced with carbon are often used in industry. During the manufacturing of these reinforcements that are often weaved, friction phenomena occur which can induce damages in the finished piece. The orthogonal friction between carbon yarns and individual carbon fibres is studied in order to highlight phenomena that occur and the link that can be established between fibres and yarns

Etude de l'influence des paramètres d'usinage sur des opérations de détourage de composites à renfort fibres de verre.

De nos jours, de nombreuses pièces mécaniques sont conçues en matériaux composites. Outre les composites à renfort de fibres de carbone, ceux à renforts de verre sont également très employés mais présentent des verrous spécifiques liés, notamment, à l'abrasivité du verre. La mise en forme de ces matériaux s'achève généralement par des opérations de parachèvement qui peuvent être des perçages, des opérations de détourage ou de finition de surface. En ce qui concerne les opérations d'usinage, outre les difficultés classiques rencontrées avec les matériaux composites et dues principalement à leur hétérogénéité et leur anisotropie, la présence du verre se traduit par une dégradation prématurée des outils et donc une difficulté accrue à maîtriser toutes les opérations d'usinage qui peuvent être nécessaires. Quelques études ont été réalisées au niveau des composites à renfort de fibres de carbone, mais le cas du verre est peu abordé si ce n'est pour des opérations de perçage. L'objet de notre étude est de comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l'usinage de composites renforcés par des fibres de verre, en particulier lors d'opérations de détourage. Dans un premier temps nous travaillerons sur des composites renforcés dans une seule direction, afin d'optimiser les paramètres de coupe par l'analyse des surfaces obtenues. Nous étudierons l'influence de différents paramètres tels que l'orientation des fibres, l'outil utilisé (en termes de géométries et de matériau) et les conditions de coupe choisies. Les principaux aspects contrôlés seront le respect des cotes dimensionnelles et la qualité de l'état de surface de la surface générée mais également l'usure des outils de coupe utilisés, en lien avec la durée des opérations menées. L'objectif final de l'étude est, à l'échelle industrielle, d'améliorer la productivité et réduire les coûts de fabrication tout en garantissant la qualité de la pièce réalisée

Frottement entre fibres et fils de carbone

Les pièces composites renforcées de carbone sont fréquemment utilisées dans l’industrie actuelle. Lors de la fabrication de ces renforts, souvent tissés, des frottements se produisent et peuvent générer des défauts dans la pièce finale. Le frottement orthogonal entre fils de carbone et entre les fibres individuelles est étudié afin de mettre en évidence les phénomènes mis en jeu et les liens pouvant être établis entre fibres et fils. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nowadays composite pieces reinforced with carbon are often used in industry. During the manufacturing of these reinforcements that are often weaved, friction phenomena occur which can induce damages in the finished piece. The orthogonal friction between carbon yarns and individual carbon fibres is studied in order to highlight phenomena that occur and the link that can be established between fibres and yarns

Etude phénoménologique du comportement au frottement de surfaces textiles.

Ce travail consiste à étudier le comportement au frottement de surfaces textiles différentes et en l’occurrence l’étude porte sur un tricot jersey et un tricot à structure à bouclettes ayant une orientation privilégiée. Les phénomènes macroscopiques à l’interface entre le palpeur et la surface analysée sont étudiés. Pour cela un tribomètre à masse morte a été développé au laboratoire permettant de mesurer la force de frottement et de visualiser le mouvement du palpeur dans la direction normale à la surface de contact. L’étude porte sur l’influence de différents paramètres tels le matériau constituant le palpeur, la charge appliquée sur les caractéristiques de frottement de ces échantillons