Contribution au développement et à l'industrialisation d'un système non-tissé 3D, Contribution to the development and the indistrialization of a 3D nonwoven system

De
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Sous la direction de Dominique C. Adolphe, Laurence Schacher
Thèse soutenue le 30 novembre 2009: Mulhouse
Réalisé dans le cadrr du pôle de compétitivité Véhicule du Futur » de la région ,11k.c Franche Comté_ cc uas_ul de thèse porta sur la hmblcmatsque du remplacement des étoffes complexes textiles utilisées dans les applications d'habillage intérieur automobile. La législation sur les véhicules hors d'usage impose des produits automobiles a 1$ ), rccyclablcs et t 95' réutilisables dl ici janvier 2015. Alin de rebondie u la problématique posée ainsi qua la législation Europécnnc, des industriels et des acteurs de la recherche de la regain mulhousienne ont lias aillé ensemble dans le cadre du poilez VERTILAP sur le développement d'un nouveau textile non-tissé 3D. Ce travail de thèse a eu pour objectif de développer le proucde de ! abris ation de ces nouveaux matériaux ainsi que les produits non-tisses 3D obtenus. La démarche de développements procédé produits a consisté Ii faire évoluer le prototype expérimental VERTILAP' au travers de la caractérisation physique et mécanique en compression des produits obtenus. Des méthodes ci dcsj outils de caractérisations adaptés a ces nouveaux produits ont etc mis au point. L'analyse de résultats obtenus s'est appuyée sur les outils statistiques i abn de valider ces résultats. Une étude comparative avec les produits contenant de la mousse polyuréthane (PU) a permis de montrer que ces nouveaux non-tissés 3D pouvaient être utilisés en remplacement des mousses PU. La réalisation de prototypes pour des applications d'habitacle autinnobilu a été faite et a prouvé la faisabilité industrielle d'un tel remplacement. Les résultats de ce travail ont été utilisés pour [élaboration du cahier des charges d'ur prototype semi industriel VERTILAP.
-non-tisse 3D
-Mouuse polyurethane (PU)
-recyclabilité
-compression
-automobile
The question of the recycling of the laminated textile fabrics especially in the automotive indusuy represents one of the main requests and challenge of the car manufactures and the OEM's sine 2000. indced, it is nowadays impérative l'or car industry to promote ecological methods of developinent in regard to new consumer sensibility. Rcgarding the Europcan directives 2000 CE53, the automotive products should be at 85% recyclable and at 95% reusable by January 2015. In order to answer this issue, sonie textile industrialists and researchers are working together, through the VERTILAP projet to develop a new material as a 3D nonwoven which will be used to substitute polyuréthane (PU) foam. This work aims to develop the VERTILAP experimental prototype through the physical and mechanical characterizations in compression of thosc new 3D nonwovens. Methods and tools have been canied out to reach Chat goal. Statistical analyses have been used to validate the obtained experimental data. A comparative study between the VERTILAP products, issued from the VERTILAP process, and the automotive PU foams bas shows that the new 3D nonwovens can be used to substitute the PU foams. VERTILAP experimental prototypes such as headrest upholstery and door panel have been developed and have proved the feasibility of the foam exchange. The already obtained results of this work have been taking alto accourt in the spécifications of the new VERTILAP serai industrial prototype.
Source: http://www.theses.fr/2009MULH3207/document
Publié le : jeudi 27 octobre 2011
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Année2009

THESE



présentéepourobtenirletitrede

DOCTEURDEL'UNIVERSITEDEHAUTEALSACE

Discipline:Mécanique



par

NicoleSuzieNJEUGNAYOTCHOU



CONTRIBUTIONAUDEVELOPPEMENT
ETAL’INDUSTRIALISATIOND’UNSYSTEME
NONTISSE3D



Soutenancepubliquele30novembre2009devantlejurycomposéde:



Pr.R.POSTLE UniversityofNewSouthWales Rapporteur
Pr.D.SOULAT Universitéd’Orléans Rapporteur
NiederrheinUniversityofApplied
Pr.Y.KYOSEV Examinateur
Sciences
O.DEMANGEAT N.SCHLUMBERGER Invité
Pr.D.C.ADOLPHE UniversitédeHauteAlsace Directeurdethèse
Pr.L.SCHACHER UniversitédeHauteAlsace DirecteurdethèseAnnée2009

THESE



présentéepourobtenirletitrede

DOCTEURDEL'UNIVERSITEDEHAUTEALSACE

Discipline:Mécanique



par

NicoleSuzieNJEUGNAYOTCHOU



CONTRIBUTIONAUDEVELOPPEMENT
ETAL’INDUSTRIALISATIOND’UNSYSTEME
NONTISSE3D



Soutenancepubliquele30novembre2009devantlejurycomposéde:



Pr.R.POSTLE UniversityofNewSouthWales Rapporteur
Dr.D.SOULAT Universitéd’Orléans Rapporteur
Niederrhein University of Applied
Dr.Y.KYOSEV Examinateur
Sciences
O.DEMANGEAT N.SCHLUMBERGER Invité
Pr.D.C.ADOLPHE UniversitédeHauteAlsace Directeurdethèse
Pr.L.SCHACHER UniversitédeHauteAlsace DirecteurdethèseTabledesmatières
TABLEDESMATIERES

TABLEDESMATIERES........................................................................................................4
LISTEDESFIGURES...........................................................................................................13
LISTEDESTABLEAUX ......................................................................................................20
GLOSSAIREDESTERMESTEXTILES ...........................................................................22
NOMENCLATURE ...............................................................................................................25
INTRODUCTION ..................................................................................................................28
CHAPITRE1:ETUDEBIBLIOGRAPHIQUE .................................................................31
1. Lestextilesdansl’automobile ..........................................................................................32
1.1.Introduction ..............................................................................................................32
1.2.Lestextilesdansl’habitacleautomobile...................................................................34
1.2.1.Lesrevêtementsdesièges.................................................................................34
1.2.2.Lesrevêtementsdeportes.................................................................................36
1.3.Techniquesd’assemblagedesrevêtementsautomobiles..........................................36
1.4.Exigencesrequisespourlesmatériauxdegarnissageautomobiles..........................37
1.5.Outilsdecaractérisationdesétoffescomplexesautomobiles ..................................38
2. Lamoussepolyuréthanne .................................................................................................40
2.1.Miseenœuvre ..........................................................................................................40
2.1.1.Réactionchimique ............................................................................................40
2.1.2.Structuredelamousse......................................................................................40
2.2.Problématiquedurecyclage......................................................................................41
3. Matériauxdesubstitutiondelamoussepolyuréthanne:lestextiles3D..........................41
3.1.Descriptiondestextiles3D:tissu,tricot,non:tissé .................................................42
3.2.Choixdelatechnologienon:tissée...........................................................................42
3.3.Procédésnon:tissés3Dexistants..............................................................................43
4
NicoleNJEUGNA:Contributionaudéveloppementetàl’industrialisationd’unsystèmenon:tissé3DTabledesmatières
3.3.1.Consolidationparplissage................................................................................43
3.3.2.Consolidationparcouture:tricotage .................................................................45
3.3.3.Consolidationparaiguilletage ..........................................................................46
4. Solutiondesubstitutionproposée.....................................................................................47
4.1.ProcédéVERTILAP.................................................................................................47
®4.2.Non:tissé3DVERTILAP .......................................................................................48
CHAPITRE2:PRESENTATIONDUTRAVAIL.............................................................50
1. Introduction ......................................................................................................................51
®2. ProductiondeproduitsVERTILAP ...............................................................................52
2.1.Matériauutilisé.........................................................................................................52
2.2.Procéduredeproduction...........................................................................................52
2.3.Campagnesd’essais..................................................................................................53
3. Miseenplacedesméthodesdecaractérisation ................................................................53
3.1.Caractérisationphysique...........................................................................................54
3.2.Caractérisationmécanique........................................................................................54
4. Applicationautomobile ....................................................................................................55
CHAPITRE3:PRESENTATIONDUPROTOTYPEEXPERIMENTAL
®VERTILAP …………………………………………………………………………………56
®1. PrésentationgénéraleduprocédéVERTILAP ...............................................................57
®1.1.DescriptiondesfonctionsduprocédéVERTILAP ................................................57
1.1.1.Ouvertureetdéfibrage ......................................................................................57
1.1.2.Verticalisation...................................................................................................58
1.1.3.ExtractionetCondensation...............................................................................58
1.1.4.Contrecollage....................................................................................................58
1.2.Présentationduprototypeexpérimentalétudié ........................................................59
1.2.1.Ouvertureetdéfibrage ......................................................................................59
1.2.2.Verticalisation...................................................................................................61
5
NicoleNJEUGNA:Contributionaudéveloppementetàl’industrialisationd’unsystèmenon:tissé3DTabledesmatières
1.2.3.Extractionetcondensation................................................................................61
1.2.4.Contrecollage....................................................................................................61
®1.3.ModèlecinétiqueduprototypeexpérimentalVERTILAP .....................................62
2. Paramètresdecontrôleetlimitesdeproductionduprototypeexpérimental ...................67
2.1.Lamatièred’alimentation.........................................................................................67
2.2.Lesparamètresdevitesses........................................................................................67
2.3.Lesparamètresdetempératures ...............................................................................68
®2.4.LeslimitesdeproductionduprototypeexpérimentalVERTILAP ........................69
3. Conclusion........................................................................................................................69
CHAPITRE4:PARTIEEXPERIMENTALE ...................................................................71
4.1.INTRODUCTION ...........................................................................................................72
CHAPITRE4.2:CAMPAGNED’ESSAISN°1.................................................................74
®1. Productiondenon:tissés3DVERTILAP .......................................................................75
1.1.Préparationdelamatièred’alimentation..................................................................75
1.2.Paramètresdeproduction .........................................................................................76
1.2.1.Variationdesvitessesdeproduction ................................................................77
1.2.2.Paramètresdetempérature................................................................................78
1.2.2.1. Lazonedeplissage...................................................................................78
1.2.2.2. Lazonedecondensation...........................................................................79
1.3.Conclusion................................................................................................................80
2. Déterminationdesméthodesdecaractérisation ...............................................................80
2.1.Caractérisationphysique...........................................................................................81
2.1.1.Modélisationgéométrique ................................................................................81
2.1.2.Résultatsetanalyse...........................................................................................82
2.2.Caractérisationmécaniqueencompression..............................................................83
2.2.1.KawabataEvaluationSystemforFabrics–KES:FB3compression
tester………………………………………………………………………………...83
6
NicoleNJEUGNA:Contributionaudéveloppementetàl’industrialisationd’unsystèmenon:tissé3DTabledesmatières
2.2.1.1. Conditionsstandardsd’essai ....................................................................84
2.2.1.2. Méthodedetestn°1 .................................................................................85
2.2.1.3. Méthodedetestn°2 .................................................................................87
2.2.1.4. Conclusion................................................................................................89
3. Recommandationspourl’améliorationduprototypeexpérimental .................................90
3.1.Recommandationsenproduction .............................................................................90
3.2.Recommandationspourlacaractérisation................................................................91
4. Conclusions ......................................................................................................................91
CHAPITRE4.3:CAMPAGNED’ESSAISN°2.................................................................92
®1. Productiondenon:tissés3DVERTILAP .......................................................................93
1.1.Préparationdelamatièred’alimentation..................................................................93
1.2.Paramètresdeproduction .........................................................................................93
1.2.1.Variationdesvitessesdeproduction ................................................................95
1.2.2.Conclusions ......................................................................................................96
2. Méthodedecaractérisationdel’irrégularitéd’aspect.......................................................96
3. Résultatsdecaractérisation ..............................................................................................97
3.1.Propriétésphysiques.................................................................................................97
3.2.Propriétésencompression......................................................................................100
3.3.Conclusion..............................................................................................................102
4. Analysedesrésultats ......................................................................................................102
4.1.Principedutestdecomparaisondesvariancesetdesmoyennes ...........................103
4.2.Principedel’AnalyseenComposantesPrincipales ...............................................103
4.3.Application .............................................................................................................103
4.3.1.Résultatsdutestdecomparaisondesvariancesetdesmoyennes..................104
4.3.1.1. Massesurfacique ....................................................................................104
4.3.1.2. Irrégularité ..............................................................................................104
7
NicoleNJEUGNA:Contributionaudéveloppementetàl’industrialisationd’unsystèmenon:tissé3DTabledesmatières
4.3.1.3. Epaisseurinitiale.....................................................................................105
4.3.1.4. Epaisseurfinaleaprèscompression........................................................105
4.3.1.5. Compressibilité.......................................................................................105
4.3.1.6. Résilience................................................................................................105
4.3.1.7. Energiedecompression..........................................................................105
4.3.2.Résultatsdel’ACP..........................................................................................105
4.3.2.1. Corrélationsentrelescaractéristiquesphysiquesetmécaniquesen
compression...........................................................................................................106
4.3.2.2. Corrélationsentrelescaractéristiquesphysiquesetmécaniquesen
compressionetlesparamètresdefabrication........................................................108
4.4.Conclusions ............................................................................................................109
5. Recommandationspourledéveloppementduprototypeexpérimental..........................110
5.1.Recommandationsenproduction ...........................................................................110
5.1.1.Ouvertureetpréparationducâbled’alimentation ..........................................110
5.1.2.Chauffagedeszonesdeplissageetdecondensation......................................111
5.2.Recommandationspourlacaractérisation..............................................................111
6. Conclusions ....................................................................................................................112
CHAPITRE4.4:CAMPAGNED’ESSAISN°3...............................................................113
®1. RéalisationdeproduitsVERTILAP .............................................................................114
®1.1.Productiondenon:tissés3DVERTILAP .............................................................114
1.1.1.Préparationdelamatièred’alimentation........................................................114
1.1.2.Paramètresdeproduction ...............................................................................114
1.1.3.Observationduprocédédefabrication...........................................................116
®1.2.Contrecollagedesnon:tissés3DVERTILAP ......................................................116
1.2.1.Paramètresdecontrecollage ...........................................................................116
®1.2.2.ProduitsmulticouchesVERTILAP ..............................................................117
®2. EtudedesproduitsVERTILAP ....................................................................................118
8
NicoleNJEUGNA:Contributionaudéveloppementetàl’industrialisationd’unsystèmenon:tissé3DTabledesmatières
®2.1.Etudedesnon:tissés3DVERTILAP ...................................................................118
2.1.1.Complémentdecaractérisations.....................................................................118
2.1.1.1. Modélisationgéométriquedupliaprèscontrecollage............................118
2.1.2.Résultatsdecaractérisation ............................................................................120
2.1.2.1. Propriétésphysiques...............................................................................120
2.1.2.2. Propriétésdecompression......................................................................122
2.1.2.3. Conclusions ............................................................................................124
2.1.3.Analysedesrésultats ......................................................................................124
2.1.3.1. Comparaisondesvariancesetdesmoyennes .........................................125
2.1.3.2. Corrélationsentrelescaractéristiquesphysiquesetmécaniquesen
compression...........................................................................................................125
2.1.3.3. Corrélationsentrelescaractéristiquesphysiquesetmécaniquesen
compressionetlesparamètresdefabrication........................................................126
2.1.3.4. Conclusions ............................................................................................126
2.2.Influencedescouchesdecontrecollage..................................................................127
2.2.1.Résultatsdecaractérisation ............................................................................129
2.2.1.1. Propriétésphysiques...............................................................................129
2.2.1.2. Propriétésdecompression......................................................................133
2.2.1.3. Conclusions ............................................................................................137
2.2.2.Analysedesrésultats ......................................................................................138
2.2.2.1. Comparaisondesmoyennes ...................................................................138
2.2.2.2. Corrélationsentrelescaractéristiquesphysiquesetmécaniquesen
compression...........................................................................................................139
2.2.2.3. Conclusions ............................................................................................140
2.3.Influencedelatempératuredecontrecollage .........................................................141
2.3.1.Résultatsdecaractérisation ............................................................................141
2.3.1.1. Propriétésphysiques...............................................................................142
9
NicoleNJEUGNA:Contributionaudéveloppementetàl’industrialisationd’unsystèmenon:tissé3DTabledesmatières
2.3.1.2. Propriétésdecompression......................................................................147
2.3.2.Analysedesrésultats ......................................................................................149
2.3.2.1. Comparaisondesmoyennes ...................................................................149
2.3.2.2. Cartesdesproduitsdetypesc,dete......................................................151
2.3.2.3. Conclusions ............................................................................................153
®2.4.Conclusionsurl’étudedesproduitsVERTILAP .................................................153
3. Recommandationspourl’améliorationduprototypeexpérimental ...............................154
3.1.Préparationdelamatière ........................................................................................154
3.2.Prototypeexpérimental...........................................................................................154
4. Conclusions ....................................................................................................................155
®CHAPITRE4.5:ETUDECOMPARATIVENONTISSES3DVERTILAP vs.
MOUSSESPU………………………..……………………………………………………157
1. Introduction ....................................................................................................................158
2. Méthodesdecaractérisation ...........................................................................................159
2.1.CaractéristiquesphysiquesetgéométriquesdelamoussePU ...............................159
2.2.Caractérisationencompressionsurcinqcycles .....................................................159
3. Résultatsdecaractérisation ............................................................................................161
3.1.Caractéristiquesphysiques .....................................................................................161
3.2.Caractéristiquesencompressionsuruncycle ........................................................164
3.3.Caractéristiquesencompressionsurcinqcycles....................................................168
3.3.1.Courbescontraintedéformation .....................................................................168
3.3.1.1. Lesmonocouches ..................................................................................169
3.3.1.2. Lesmulticouches ....................................................................................170
3.3.2.Contraintemaximaleà50%dedéformationdel’épaisseurinitiale...............172
3.3.3.Energiedissipéeà50%dedéformationdel’épaisseurinitiale ......................174
3.3.4.Conclusions ....................................................................................................176
4. Analysedesrésultats ......................................................................................................176
10
NicoleNJEUGNA:Contributionaudéveloppementetàl’industrialisationd’unsystèmenon:tissé3D

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