Thèse soutenue

Fatigue thermomécanique des élastomères polyuréthane : caractérisation expérimentale de l'évolution des microstructures et modélisation des échanges thermiques

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Pascal Pichon
Direction : Françoise Mechin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
Date : Soutenance en 2010
Etablissement(s) : Lyon, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)

Mots clés

FR

Mots clés contrôlés

Résumé

FR  |  
EN

Deux formulations polyuréthane segmenté, PP et Adilithe VIII, ainsi que leurs segments souples et rigides modèles, ont été synthétisées par coulée basse pression. Dans la formulation PP, les segments rigides (SR) sont répartis en une partie dissoute dans la matrice souple, une partie sous forme de nodules amorphes et le reste sous forme de lamelles elles-mêmes organisées sous forme de sphérolites. Il existe un gradient de morphologie radial dans les cylindres de diamètre 39 mm de la formulation PP, lié à l’exothermie de réaction lors de la mise en oeuvre. La formulation Adilithe VIII ne présente pas de gradient de morphologie, et montre une bonne séparation de phase. La microstructure et les propriétés de la formulation PP ont été suivies pendant plusieurs semaines après la mise en oeuvre et la cuisson. Au cours de cette période de maturation, l’hydrolyse des fonctions NCO libres pour produire des liaisons urée aux bords des nodules amorphes et des lamelles organisées est à l’origine de l’augmentation du module. En traction comme en compression statiques uniaxiales, les deux formulations ont des comportements très différents. PP a un comportement viscoélastique et met en évidence un effet Müllins très clair. Par contre, Adilithe VIII a, au-delà d’une certaine contrainte, un comportement viscoélastoplastique. Ce comportement limite la gamme d’utilisation en contrainte de ce matériau, en statique comme en dynamique. Le caractère viscoélastique des formulations polyuréthane étudiées mène à la dissipation d’une partie du travail mécanique fourni au système lors d’un essai mécanique dynamique. Tout ou partie de ce travail dissipé est converti sous forme de chaleur et conduit à l’autoéchauffement de l’échantillon lors de l'essai. L’essai de fatigue thermomécanique a pour conséquence un micromélange de phases. Au-delà de la Tg des SR, une partie des nodules amorphes se dissout dans la matrice, ce qui a pour conséquence une baisse du module. Après détermination de tous les échanges thermiques entrant en jeu dans le système, nous avons modélisé avec un bon accord avec l’expérience et sans paramètre ajustable les refroidissements dans l’air d’échantillons de différentes dimensions. La prise en compte d’une résistance thermique de contact entre les plots et les mors en acier a permis de modéliser également les refroidissements d’échantillons entre les mors de fatigue. L’utilisation d’un terme source, relié aux propriétés mécaniques du matériau (complaisance de perte), dans le logiciel de calculs par éléments finis permet de simuler l’autoéchauffement sous contrainte des formulations. La non-stabilisation thermique peut également être simulée avec une équation unique.