Multiscale determination of the water-swelling coefficient of flax/epoxycomposites and flax yarns

Détermination multi-échelle des coefficients de gonflement hygroscopique des composites lin/époxy et des fils de lin

Marwa Abida (1) , Florian Gehring (1) , Jamel Mars (2) , Alexandre Vivet (1) , Fakhreddine Dammak (2) , Mohamed Haddar (3)

1 CIMAP - UMR 6252 - Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique
2 Unité de Génie de Production Mécanique et Matériaux - UGPM2 (Sfax, Tunisia)
3 ENIS - École Nationale d'Ingénieurs de Sfax | National School of Engineers of Sfax

The absorption of water by flax fibers causes a dimensional change. Therefore, hygroscopic expansion is a key parameter to describe hygromechanical couplings in vegetable fiber-reinforced polymer composites. However, few experimental studies are proposed in literature. This paperproposes to determine, in a multi-scale experimental approach, the coefficients of hygroscopic expansion of flax yarns and flax fiber reinforced composites (FFRC). The results show a significant radial swelling coefficient of flax yarns higher thanwhat isconventionally admitted in the literature. Moreover this paper shows that the hygroscopic expansionsof FFRC are strongly anisotropic. The studyshows a non-linear swelling behavior of composites in the direction of warp yarns characterized by a negative hygroscopic expansion coefficient. The transverse hygroscopic expansion coefficients of the composite are lower than flax yarn. This difference could be explained by effect of the matrixthat prevents swelling. These differential expansions generate interfacial stresses. In addition, the hygroscopic expansion coefficientin the direction of the weft yarnsis 10 times smaller than hygro-expansion coefficient in thickness direction. This result is explained by the negative longitudinal coefficient of hygroscopic expansion of weft yarns which blocks the swelling

Parmi les modifications engendrées par l’absorption d’eau dans les matériaux, l’hygro-expansion est un paramètre clé pour décrire les couplages hygro-mécaniques dans les composites polymères renforcés par des fibres végétales. Cependant, peu d’étude expérimentale sont proposées par la littérature. Cette étude se propose donc de déterminer, dans une approche expérimentale multi-échelle, les coefficients d’hygro-expansion des fils de lin et des composites renforcéspar des fibres de lin (CRFL). Les résultats montrent un coefficient de gonflement radial des fils de lin important et nettement supérieur à celui classiquement admis dans la littérature. De même, ce papier met en évidence que les dilatations hygroscopiques des CRFL sont fortement anisotropes. L’étude montre un comportement non-linéaire des dilatations hygroscopiques des composites dans la direction des fils de chaine caractérisé par un coefficient d’hygro-expansion négatif. Les coefficients de dilatations transversaux du composite sont inférieurs à celui radial des fils de lin expliqués par l’effet bloquant de la matrice. De plus, les dilatations hygroscopiques dans la direction des fils de trame sont faibles. Ce résultat est expliqué par le coefficient d’hygro-expansion longitudinal des fils de trame négatif qui bloque les dilatations

Mots clés: vegetal fiber reinforced polymer composite; flax yarn; hygroscopic expansion coefficients

Mots clés: composite polymère renforcé de fibres végétales; fils de lin; coefficients d’hygro-expansion

Domaines: Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]

Marwa Abida, Florian Gehring, Jamel Mars, Alexandre Vivet, Fakhreddine Dammak, et al.. Détermination multi-échelle des coefficients de gonflement hygroscopique des composites lin/époxy et des fils de lin. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420714⟩