In Situ Tensile Testing under High-Speed Optical Recording to Determine Hierarchical Damage Kinetics in Polymer Layers of Flax Fibre Elements
In: ISSN: 2073-4360 ; Polymers ; https://hal.science/hal-04317965 ; Polymers, 2023, 15 (13), pp.2794. ⟨10.3390/polym15132794⟩, 2023
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International audience ; This study aims at better understanding the damage and fracture kinetics in flax fibre elements at both the unitary and bundle scales, using an experimental setup allowing optical observation at high recording rate in the course of tensile loading. Defects and issues from flax unitary fibre extraction are quantitated using polarized light microscopy. Tensile loading is conducted according to a particular setup, adapted to fibres of 10 to 20 µm in diameter and 10 mm in length. Optical recording using a high-speed camera is performed during loading up to the failure at acquisition, with speed ranging from 108,000 to 270,000 frames per second. Crack initiation in polymer layers of fibre elements, propagation as well as damage mechanisms are captured. The results show different failure scenarios depending on the fibre element’s nature. In particular, fractured fibres underline either a fully transverse failure propagation or a combination of transverse and longitudinal cracking with different balances. Image recordings with high time resolution of down to 3.7 μs suggest an unstable system and transverse crack speed higher than 4 m/s and a slower propagation for longitudinal crack deviation. Failure propagation monitoring and fracture mechanism studies in individual natural fibre or bundles, using tensile load with optical observation, showed contrasted behaviour and the importance of the structural scale exanimated. This study can help in tailoring the eco-design of flax-based composites, in terms of toughness and mechanical performances, for both replacement of synthetic fibre materials and innovative composites with advanced properties.
Titel: |
In Situ Tensile Testing under High-Speed Optical Recording to Determine Hierarchical Damage Kinetics in Polymer Layers of Flax Fibre Elements
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Autor/in / Beteiligte Person: | Richely, Emmanuelle ; Beaugrand, Johnny ; Coret, Michel ; Binetruy, Christophe ; Ouagne, Pierre ; Bourmaud, Alain ; Guessasma, Sofiane ; Unité de recherche sur les Biopolymères, Interactions Assemblages (BIA) ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) ; Laboratoire de mécanique et technologie (LMT) ; Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay (ENS Paris Saclay) ; Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures Villeurbanne (LaMCoS) ; Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (GeM) ; Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST) ; Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Nantes (Nantes Univ - ECN) ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST) ; Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - Institut Universitaire de Technologie Saint-Nazaire (Nantes Univ - IUT Saint-Nazaire) ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (Nantes Univ - EPUN) ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ) ; Laboratoire Génie de Production (LGP) ; Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tarbes (ENIT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT) ; Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL) ; École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; INTERREG VA FCE Program, FLOWER project : 23. |
Link: | |
Zeitschrift: | ISSN: 2073-4360 ; Polymers ; https://hal.science/hal-04317965 ; Polymers, 2023, 15 (13), pp.2794. ⟨10.3390/polym15132794⟩, 2023 |
Veröffentlichung: | HAL CCSD ; MDPI, 2023 |
Medientyp: | academicJournal |
ISBN: | 978-0-01-030897-6 (print) ; 0-01-030897-0 (print) |
DOI: | 10.3390/polym15132794 |
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