EoW July 2008

article technique

fibre avec une géométrie d’un diamètre extérieur de 125/240/410 μm, soumise à une contrainte latérale simulée. Le résultat montre quantitativement les différents champs de contrainte allant de la contrainte de compression (-) à la contrainte de traction (+). Comme illustré par la Figure 6 , les zones soumises à la contrainte de traction majeure sont constituées par les points perpendiculaires à la direction de la force appliquée et à proximité de l’un et l’autre côté des interfaces entre le verre et le revêtement primaire, et entre le revêtement primaire et le revêtement secondaire. Ce sont les zones où la cavitation est particulièrement susceptible de se manifester lorsqu’une force mécanique latérale est appliquée. La Figure 7 illustre quelques exemples de cavités induites intentionnellement dans le revêtement primaire, causées par des impacts mécaniques latéraux. La force latérale doit être dynamique avec la vitesse, soit longitudinalement (glissement), soit perpendiculairement (frappe). Une force latérale statique ne peut avoir pour résul- tat que le délaminage. Dans la Figure 7 , l’impact mécanique a été créé en faisant glisser une barre métallique d’un diamètre de 1mm longitudinalement par rapport à la fibre. Avec un appareil réalisé en attachant la barre métallique à un dispositif d’essai de frottement automatique, des vitesses contrôlées et des forces contrôlées ont été appliquées en ajoutant des poids différents à l’appareil. Tant la vitesse que la force d’impact influencent la contrainte induite dans le revêtement. À des vitesses très basses, le délaminage a lieu plutôt que la cavitation du revêtement.

triaxiales anisotropes résultant d’un impact mécanique sur la fibre revêtue. Durant quelques essais de résistance du revêtement au délaminage, réalisés en tirant la fibre à travers un système de rembobinage, il a été remarqué que le revêtement se déchire lorsque soumis à des tensions élevées. [4] Lorsqu’une force mécanique extérieure est appliquée à une fibre revêtue, les couches de revêtement se déforment en générant un champ de contraintes non uniforme dans le matériau de revêtement. La Figure 5 illustre schématiquement la déformation des couches de revêtement soumises à une force latérale F. Le revêtement secondaire étant un matériau beaucoup plus rigide que le revêtement primaire, la couche secondaire se conduit comme un tuyau vide, soumis à une pression latérale, passant de la forme tubulaire à une forme ovale, mais sans entraîner aucune déformation de l’épaisseur du revêtement. Le revêtement primaire est collé des deux côtés au verre et au revêtement secondaire, et il doit se déformer par force à l’intérieur. Les zones du revêtement primaire en direction de la force sont comprimées, et les zones perpendiculaires à la direction de la force sont soumises à un allongement. La contrainte de traction dans ces zones soumises à un allongement présente un composant triaxial significatif pouvant causer la cavitation du revêtement primaire au cas où la contrainte dépasserait la résistance à la cavitation du revêtement. La Figure 6 représente un champ de contrainte normal moyen calculé par l’Analyse des Éléments Finis dans la couche du revêtement primaire d’une

valeur de la contrainte dans le revêtement primaire d’une fibre revêtue standard d’un diamètre extérieur de 245 μm. Il s’ensuit que les fibres présentant des couches de revêtement plus épaisses devraient être composées par un revêtement primaire à haute résistance à la cavitation associé avec un revêtement secondaire à relaxation en contrainte plus rapide. 2.1.2 Formation de cavités dans le revêtement primaire. La Figure 4 montre des images au microscope de certaines cavités s’étant formées dans une fibre revêtue avec un diamètre extérieur de 500 μm, après une variation cyclique de la température entre 85ºC et -60ºC. Des ruptures du revêtement de forme irrégulière et de dimensions différentes peuvent être observées dans la couche du revêtement primaire. La présence de ruptures bien ouvertes dans le revêtement, représentées sous la forme de vides, indique l’existence d’une contrainte triaxiale dans la couche primaire à température ambiante. Pour la théorie mécanique de la fracture, le paramètre représentant la résistance à la formation de cavités dans un matériau est défini résistance à la cavitation. Lorsqu’une contrainte triaxiale atteint ce point critique, le matériau commence à se déchirer et à former des cavités internes. Il a été calculé et prouvé expéri- mentalement que dans le cas d’un caoutchouc idéal, la contrainte triaxiale pour élargir un trou sphérique de petites dimensions est égale à (5/6)E, où E représente le module de Young. [6] Tout défaut de réticulation microscopique dans le matériau peut constituer le point de rupture initial. Cela signifie que, pour un revêtement primaire de 1MPa, une contrainte de traction triaxiale de 0,83MPa peut déjà causer la formation de cavités selon un mécanisme d’accroissement illimité, dans le cas où le matériau de revêtement se conduirait comme un caoutchouc idéal. Avec une conception moléculaire appropriée de la structure réticulée du revêtement, l’on peut obtenir la résistance élevée à la cavitation désirée, avec des valeurs de résistance à la cavitation considérablement supérieures au module du revêtement. Dans ce type de revêtement primaire à haute résistance à la cavitation, les cavités de petites dimensions ne s’accroîtront pas sans limites et le matériau ne subira aucune rupture même dans le cas de valeurs de contrainte de traction relativement élevées dans le revêtement primaire. 2.2 Cavités induites par contraintes mécaniques Outre la contrainte hydrostatique et thermique, la formation de cavités dans les revêtements primaires peut être également causée par des contraintes

Figure 7 ▼ ▼ : Exemples de formation de cavités/délaminage dans la couche du revêtement primaire causés par impacts mécaniques latéraux

Figure 8 ▼ ▼ : Préparation de l’échantillon pour l’essai de résistance à la cavitation

Plaque de verre

Résine (100 μm )

Barre de quartz

82

EuroWire – Juillet 2008