Les matériaux appelés composites à tissage triaxial (TWFC) comportent des fibres tissées ensemble dans trois directions, généralement à un angle de 60 degrés les unes par rapport aux autres. Ils sont de plus en plus utilisés dans de nombreuses applications, mais leur réponse au chauffage et au refroidissement n'a pas été bien étudiée.
Le spécialiste des matériaux Ahmad Kueh de l'Universiti Malaysia Sarawak (UNIMAS) a maintenant mené un examen détaillé de cette importante lacune dans les connaissances. Ses résultats sont publiés en libre accès dans la revue Heliyon .
La nouvelle compréhension expérimentale et théorique d'un mouvement de torsion lors du chauffage aidera à prédire l'intégrité structurelle et les performances du matériau dans des conditions différentes et changeantes. "Ces découvertes innovantes ont des implications significatives pour un large éventail d'applications, notamment dans la conception de matériaux résistants à la chaleur, essentiels au secteur aérospatial", explique Kueh.
Lorsqu'ils sont tissés à l'aide de fibres de carbone, puis intégrés à des résines, les TWFC peuvent combiner les avantages de faible poids, de maniabilité, de solidité et de résistance à la corrosion. Certains TWFC sont déjà utilisés dans des applications allant du fuselage d'avion aux composants d'ailes et de moteur, en passant par les équipements sportifs, notamment les raquettes de tennis, les manches de clubs de golf et les cadres de vélos.
S'appuyant sur des travaux antérieurs déjà publiés avec des collaborateurs, Kueh a procédé à un examen détaillé, combiné à des simulations informatiques, de feuilles individuelles d'un matériau disponible dans le commerce fourni par la société Sakase Adtech. Celui-ci intègre des fibres de carbone fabriquées par Toray Industries, Inc. au Japon.
Les feuilles sont à tissage ouvert, ce qui signifie que les fibres entrelacées sont séparées par des espaces hexagonaux stables et régulièrement espacés. Pour créer une structure composite monocouche, ils ont été combinés et durcis avec une résine polymère liquéfiée à chaud qui a imprégné les fibres puis s'est solidifiée lors du refroidissement.
Soumise à des cycles de chauffage répétés allant de 20 °C à 100 °C, la recherche a pu analyser un mouvement de torsion provoqué par les changements de température. La quantification détaillée des déformations observées expérimentalement était en bon accord avec celles prédites par simulation informatique.
"Cette nouvelle compréhension permettra de libérer le potentiel d'amélioration de l'efficacité des TWFC dans un large éventail d'industries", déclare Kueh.
Avec ses collègues, il prévoit désormais d'étudier la dynamique thermique de nombreux autres TWFC, notamment différents modèles de tissage, structures multicouches et matériaux hybrides incorporant d'autres types de composites. Cette exploration future comprendra une collaboration avec des partenaires industriels pour entreprendre les tests pratiques nécessaires pour obtenir des informations pertinentes pour les utilisations réelles.
En plus des applications aérospatiales, Kueh cite de nombreuses possibilités, notamment le béton armé, les équipements sportifs, les gilets pare-balles et les textiles résistants à la chaleur destinés aux pompiers.
"Nos découvertes ouvrent la voie à un avenir dans lequel la combinaison de faible poids et de résistance transformera de nombreux produits du quotidien, les rendant plus efficaces, plus rentables et plus résistants", conclut-il.
Plus d'informations : A.B.H. Kueh, Réponses induites thermiquement par des composites tissés triaxiaux, Heliyon (2023). DOI :10.1016/j.heliyon.2023.e17631
Informations sur le journal : Héliyon
Fourni par l'Universiti Malaysia Sarawak
