Essai de traction Lin/Epoxy par moulle imprimé en 3D
Nous allons essayer de faire des essais de traction sur de la fibre de lin enrobé de résine époxy. Le tout avec un moule imprimé en 3D
Sommaire
Qu'es ce que l'essai de traction
L'essai consiste à prendre une éprouvette, généralement d'un matériau en particulier. On viens pincer l'éprouvette dans les morts d'une machine qui tire de chaque coté sur l'éprouvette, avec un force, on viens mesurer cette force, et comme si on tirait sur un élastique, on vient mesurer la déformation du matériaux. Jusqu’à la rupture de l'éprouvette.
La force se mesure avec un capteur d'effort linéaire, et la déformation avec un capteur d'étirement, on obtient donc l'effort (N) en fonction de la déformation (mm).
Que l'on vient traduire respectivement en contrainte (effort/mesure de section) (MPa) et allongement (déformation/longueur initiale) en %
Ainsi avec l'essai on peu caractériser le comportement d'un matériau en traction. On obtient ainsi une contrainte maximale avant rupture et le comportement élastique du matériaux. Pour plus d'info je vous renvoi sur la page wikipédia
Pourquoi
En général ces essais on pour but de caractériser un matériaux précis, ils sont fait en laboratoire avec des éprouvettes d'une excellente réalisation, les résultats ayant une finalité pour que l'industrie optimise les process, finisse par réaliser des pièces d'aussi bonne qualité.
Dans le cas des composites les procédés de réalisation varie énormément, entre la réalisation dans un garage et la réalisation sous autoclave ou RTS.
Aussi vu que les caractéristiques peuvent varier du simple au double suivant le process, ici j'ai voulu faire des essais pour obtenir des ordres de grandeur de la qualité de quelques composites que l'on pourrait réaliser à l'arrache dans un garage ou un fablab, et quelques perspectives simples d'améliorations.
On comparera ensuite ces caractéristiques à d'autres matériaux utilisable dans un fablab, comme le bois, ou plastique, métaux, autres composites ainsi que les résultats des essais que l'on retrouve dans des thèses et des documents de références.
Néanmoins la démarche pourrait paraître scientifique au premier coup d’œil, elle n'en aura pas la finalité. Les incertitudes de fabrications sont bien trop grandes et non modélisable par mes simples moyens.
Choix du matériau
Pour plus d'info sur qu'est qu'un matériau composite on pourra voir la page Fibres(composites)
Pour la matrice l'époxy est un des plus courant, performant et pouvant être bio sourcée à défaut d'être sain écologiquement parlant.
Pour les fibres, le lin est le plus courant en France et à un potentiel mécanique fort.
Matériel de base
- Fibre: 100% Lin croisée Lincore 90-0°
- Epoxy: Resoltech 1070 Clear
- Durcisseur: Resoltech 1077
- Dosage: 100g Epoxy 45g Durcisseur (69% Epoxy, 31% Durcisseur)
- Conditions: Air ambiant, température 24-28°C , enduit au pinceau
Machine de traction:
- Épaisseur 4mm à 8mm
- Longueur de la zone d'effort 80mm
- Largueur de la zone d'effort 10mm
- Longueur totale: 150mm
Essais Prévu
Moule 3D Externe
Ici j'ai une cuvette en 3D que je vais remplir d’époxy mais avant, les fibres seront disposés de 3 manières différentes. Néanmoins la coque imprimée restera visible.
- Fibres longues uniquement sur les bords sur une couche avec un orientation de 0 et 90° des fibres
- Fibres longues uniquement sur les bords sur une couche avec un orientation de 45 et -45° des fibres
- Fibres aléatoires uniquement dans la coque
- Fibres longues sur les bords sur une couche et aléatoire au milieu avec un orientation de 0 et 90° des fibres
- 100% Epoxy, sans fibres
- Corde sisal de supermarché suivant la longueur
Fichiers
Modèle au format STL :Fichier:MouleEprouvetteExterne.zip
Moule 3D Interne
Ici c'est l'inverse le moule est une éprouvette plus petite que celle voulu, afin de prendre en compte l’épaisseur du composite. Que l'on viendra ensuite recouvrir de fibres, puis d'epoxy.
- Fibres longues sur les bords une couche avec un orientation de 0 et 90° des fibres
- Fibres longues sur les bords une couche avec un orientation de 45 et -45° des fibres
- Fibre longues sur les bords deux couches avec un orientation de 0 et 90° des fibres
- Fibre longues sur les bords deux couches avec un orientation de 45 et -45° des fibres
Fichiers
Modèle au format STL: Fichier:MouleEprouvetteInterne.zip
Fabrication des éprouvettes
J'ai découper la fibre de lin au ciseau, récupérer les chutes pour en faire des fibres courtes aléatoires.
Ensuite j'ai pesée avec ma balance de cuisine tout ça et comme ça précision est de 1g et que la plus part des objets font entre 2 et 3 grammes. J'ai tout pesée en même temps et fait une moyenne, ainsi l'incertitude dépend du nombre de objet pesée en même temps.
| Objets | Poids (g) | Incertitude (g) |
|---|---|---|
| Moule extérieur (ME) | 2,3 | 0,17 |
| Moule int 1 couche(MI1) | 3,7 | 0,1 |
| Moule int 2 couches (MI2) | 2,2 | 0,2 |
| Lin long ME | 3,25 | 0,25 |
| Lin long MI1 | 3,13 | 0,13 |
| Lin long MI2 | 6,63 | 0,38 |
J'en ai déduit a raison de 2g epoxy pour 1g de fibre. Qu'il me fallait en epoxy 26g pour les 4 ME, 25g pour les 4 MI1 et 53g pour les 4 MI2. Soit vu le nombre d'essais un peu plus de 115g.
Dans la pratique
Préparation
Un long moment de découpe au ciseaux avec vérification que tout est bien calés avec les moules.
Pour les fibres aléatoire, j'ai pris des longues, décortiquer pour n'avoir que des longueurs de fibres. Enfin coupe au ciseaux pour avoir 2-5cm de long, et mélange pour les rendre aléatoires.
Sécurité
1ière étape bien se protéger !
- Gant en vinyle/latex: Super important, on est très vite amenée à toucher la résine, pour remettre en place un peu de fibre, et on se rend compte aussi qu'il peu y avoir des projections.
- Masque de respiration: Aussi important, même si l'odeur est plutôt agréable, la résine durcis plutôt vite, et j'ai pas trop envie de voir, ce que ça fait dans les poumons. Pour ça j'ai pris mon masque "Respro techno", ce n'est pas optimale du tout, mais il a un très bon filtre, y compris pour les particules fines, je ne sens pas l'odeur assez faible de l'époxy avec. On préférera clairement un masque avec filtre à cassette.
- Et enfin une tenue qui ne craint pas, bleu de travail, ou combinaison, mais comme j'ai pas j'ai pris mon vieux jogging et tee shirt.
Outils
Dans les trucs pratiques
- Une balance ! ou un verre doseur à usage époxy uniquement.
- Des feuilles de papier ou une nappe ou carton pour protéger la surface.
- Un gobelet jetable.
- Des battons de bois jetable, pour mélanger et enduire.
- Une caisse en carton, ou autre, le but étant de placer les objets à sécher sur un truc qui ne crains pas.
- Un pinceau à usage époxy uniquement.
1ère tournée
J'ai fait un premier dosage, 33g époxy 17g durcisseur, il y avait un peu trop de durcisseur, mais bon avec une balance à 1g près c'est pas simple.
J'ai eu le temps de faire les 4 ME, et comme la résine commencer à durcir et donc devenir bien bien visqueuse (~20min), j'ai préféré utiliser le reste pour faire un ME 100% résine en plus. Plutôt que de commencer les MI.
Après 10-20min de repos j'ai pris une pince et une tige de coton-tige pour replacer un peu tout ce qui n'aller pas dans le résultat de base.
Résultat final, ça déborde un peu mais je poncerai tout ça après.
Maintenant il faut attendre 24h !
Avec masque de protection et gants j'ai surfacé les pièces à la scie à onglet puis poncée, pour avoir le volume voulu pour les éprouvettes, les fibres seront partiellement coupées sur le haut de certaines éprouvettes, se sera a prendre en compte lors de l'interprétation des résultats.
2ième tournée
On été réalisé 4 types 2 fois.
1: Une épaisseur lin 90-0°
2: Une épaisseur lin -45-45°
3: Deux épaisseurs lin 90-0°
4: Deux épaisseurs lin -45-45°
Ici les fibres étaient à l’extérieur, c'était plus complexe à faire tenir, d'où l'utilisation de cellophane, pour maintenir le tout et tasser un peu les fibres.
Après un petit coup sous pompe à vide pour continuer à tasser le tout.
Un peu long mais sans soucis particulier.
Au niveau du résultat, les éprouvettes 1 épaisseur, font 6mm d'épaisseur et les double épaisseurs en font 8mm, Les bords seront légèrement poncées pour la planéité avec les morts.
Du coup on va faire avec des épaisseurs plus grandes, on mesurera la section au cour de l'essai. Les sections seront rectangulaires ou ovales suivant les éprouvettes.
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3ième tournée
Je me suis rendu compte après tout qu'un test avec de la corde sisal de supermarché pouvait être sympa, j'ai donc pris un moule extérieur qui me restait mis des bouts de corde sur la longueur le tout coulé dans de l'époxy.
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Essais
[En cours de rédaction]
Les essais ont été fait, à l'école Centrale de Nantes, grâce au soutient de Mr Michel Coret (enseignant chercheur au laboratoire GEM)
La Machine
Dans un des laboratoires, nous avons utilisée ...
Valeurs physiques
On détaillera ici, la terminologie utilisé.
Hypothèses de départ
Fabrication
Imperfections multiples, et difficilement modélisables...
Sections mesurés
Mersure et incertitude
