Les Mécanismes de fatigue dans les fibres thermoplastiques

Fatigue processes in thermoplastic fibres

• Auteur / Autrice : José Martin Herrera Ramirez
• Direction : Anthony Roland Bunsell
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés libres

Fibre

Fatigue

Thermoplastique

Faciès de rupture

Résumé

La présente étude examine et compare le comportement des deux types de fibres PA66 et deux types de fibres PET à haute performance sous sollicitation en fatigue, menés jusqu'à la rupture, ainsi que la corrélation entre leurs (nano)structure et leur hétérogénéité structurale avec la durée de vie en fatigue. Plusieurs techniques ont été utilisées pour analyser les matériaux, tels que la microscopie électronique à balayage (MEB), la microanalyse EDS, la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), la diffraction de rayons-X aux grands angles (WAXD) et la micro-spectroscopie Raman. Une analyse minutieuse des faciès de rupture en traction et en fatigue par microscopie électronique á balayage, ainsi qu’une étude de la durée de vie en fatigue ont été menées. Les résultats montrent que le processus de fatigue se produit quand l’amplitude de la charge est suffisamment grande, mais à condition que la charge minimale à chaque cycle reste inférieure à un certain seuil en contrainte. La morphologie des faciès de rupture en fatigue est différente de celles des faciès de rupture en traction ou en fluage, ce qui permet de distinguer facilement un processus de fatigue. Les fibres ont été analysées à l’état “brut de fabrication” et après rupture en fatigue afin d’observer les changements microstructuraux résultant de la sollicitation en fatigue. Les résultats seront comparés avec ceux obtenus pour des fibres sollicitées cycliquement dans des conditions où la fatigue a été annihilée. Le rôle de la microstructure des fibres déterminant la fatigue sera discuté dans ce travail et la possibilité d'améliorer leur résistance à la fatigue ou d'éliminer le processus de fatigue sera discutée.

The present study examines and compares the behaviour of the two types of PA66 fibres and two types of PET fibres under fatigue loading up to failure, and the correlation between the fibres’ (nano)structures and their structural heterogeneities, with fatigue lifetimes. Several techniques have been used to analyze the materials, such as scanning electron microscopy (SEM), microanalysis (EDS), differential scanning calorimetry (DSC), wide angle X-ray diffraction (WAXD) and micro-Raman spectroscopy. A meticulous analysis by scanning electron microscopy of the fracture morphology of fibres broken in tension and in fatigue, as well as a study of the fatigue life, were undertaken. The fatigue process occurs when the cyclic load amplitude is sufficiently large, however a condition for fatigue failure is that the minimum load each cycle must be lower than a threshold stress level. Failure under fatigue conditions leads to distinctive fracture morphologies which are very different from those seen after tensile or creep failure and this allows easy identification of the fatigue process. The fibres have been analyzed in the as received state and after fatigue failure in order to observe the microstructural changes resulting from the fatigue loading. The results will be compared with those obtained for fibres loaded under conditions where the fatigue process was hindered. The role of the microstructure of the fibres in determining fatigue will be discussed in this work and the possibility of improving their resistance to fatigue or eliminating the fatigue process will be discussed.