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Revue des Composites et des Matériaux Avancés

1169-7954
 

 ARTICLE VOL 24/1 - 2014  - pp.81-95  - doi:10.3166/rcma.24.81-95
TITRE
Utilisation de la spectrométrie infrarouge pour une quantification rapide du taux d’humidité dans des fibres végétales

TITLE
Quantitative assessment of water sorption in natural fibres using infrared spectroscopy

RÉSUMÉ

Les fibres végétales sont une alternative possible aux fibres de verre utilisées classiquement comme renforts dans certains matériaux composites. En plus d’avantages environnementaux, leur faible densité leur confère des propriétés mécaniques spécifiques élevées. Cependant, leur comportement hydrophile marqué entraîne une forte absorption d’eau lors d’une utilisation en environnement humide, ce qui peut modifier leurs propriétés mécaniques. La compréhension de ces mécanismes d’absorption d’humidité est donc indispensable à leur maîtrise. Dans ce travail, l’absorption d’eau a été étudiée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier sur des fibres de lin, chanvre et sisal. Ces fibres ont été soumises à des conditions hygrométriques contrôlées. Les spectres infrarouges des échantillons ont été enregistrés en mode réflexion totale atténuée. Les informations spectrales ont permis de mettre en évidence les fonctions chimiques impliquées dans les mécanismes d’absorption de l’humidité et de quantifier le taux d’humidité retenu par les fibres. Pour cela, des modèles de régression partielle des moindres carrés ont été développés en exploitant des données expérimentales issues de mesures gravimétriques. Ces modèles se sont révélés de bons outils pour la caractérisation des cinétiques de diffusion de l’eau dans ces différentes fibres.



ABSTRACT

In the field of composite materials, natural fibres appear to be a viable replacement for glass fibres. However, in humid conditions, strong hydrophilic behavior of such materials can lead to high level of moisture absorption. This feature can result in a structural modification of the fibres and a modification of their own mechanical properties as well as those of the composites they are fitted in. Then, understanding moisture sorption mechanisms in these materials is an important issue for their efficient use. In this work, water absorption on three natural fibres (flax, hemp and sisal) studied qualitatively and quantitatively using non-invasive approach, i.e. Fourier transformed infrared spectroscopy. Fibres with different moisture content were prepared using climatic chambers, allowing strictly controlled hygrothermal ageing. The equilibrium water content were assessed by gravimetric measurement and determined for each relative humidity conditions (Relative humidity ranging from 30 % until 97 %). The principal chemical functions of fibres involved in the water absorption phenomenon were thereby identified and the water content of tested fibres was determined using a Partial Least Square Regression approach. The typical sorption isotherm curves described by Park model were clearly fitted, confirming the validity of our predictive model. Finally, this model has been applied for monitoring the water diffusion.



AUTEUR(S)
Amandine CÉLINO, Olivier GONÇALVES, Frédéric JACQUEMIN, Sylvain FRÉOUR

MOTS-CLÉS
fibres végétales, diffusion, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, régression partielle des moindres carrés

KEYWORDS
natural fibres, water sorption, Fourier transformed infrared spectroscopy, partial least square regression

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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