Modélisation thermomécanique visco-hyperélastique du comportement d'un polymère semi-cristallin : application au cas d'une matrice polyamide 6.6

Visco hyperelastic thermo mechanical modelling for the behaviour of a semi-crystalline polymer : application to a Polyamide 6.6 matrix

• Auteur / Autrice : Erwan Baquet
• Direction : Noëlle Billon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Polymères

Résumé

Cette étude doctorale porte sur une matrice polyamide 6. 6, utilisé dans les matériaux renforcé fibre de verre courtes, et consiste en la mise en place d'une modélisation thermomécanique, autour de la transition mécanique α du polymère. Une première partie consiste en la mise en évidence expérimentale du comportement thermomécanique du matériau de l'étude. Une campagne d'essais mécanique en traction et cisaillement a été menée, où un effort important sur le protocole expérimental a été mené. Les techniques d'analyse de déformation par corrélation d'images, et de suivi pyrométrique de la température ont, par exemple, été utilisées. La construction de la base expérimentale met à profit les équivalences vitesses / températures, sur une gamme de température comprise entre -10° et +60°, et une gamme de vitesse de déformation comprise entre 10-4 et 10 s-1, soit 21 décades suivant la grandeur caractéristique de ces essais, i. E. La vitesse de déformation équivalente à une température de référence. Une seconde partie consiste en un développement d'un modèle de comportement visco-hyperélastique, décrit dans le cadre formel de la thermodynamique des processus irréversible, et physiquement basé sur les modèles de statistique de chaînes modifiés. L'introduction d'un processus de relaxation, d'une partie de l'énergie élastique emmagasinée dans le réseau comme source d'anélasticité entropique a été proposée, puis confrontée avec la base expérimentale. Le modèle prend en compte les couplages thermomécaniques forts, et permet, avec un nombre de paramètres réduits, de représenter le comportement global de l'ensemble de nos essais expérimentaux.

This study focuses on a Polyamide 6. 6 matrix, used in short glass fibre reinforced materials, and consists of the development of a thermo mechanical constitutive model relevant for conditions close to α transition. First part consists in experimental characterization of thermo mechanical behaviour of the material. Tensile and shear tests were used, where significant effort has been devoted to experimental protocol. Strain field measurements and temperature tracking with pyrometer have been used, for example. Experimental data base was built taking opportunity from the well-known time-temperature superposition principle. Tests were performed at temperatures ranging from Tα-30° to Tα +30°C, and for constant strain-rates ranging from 10-4 to 10 s-1. That represents 21 decades, by using an equivalent strain-rate at a reference temperature. Second part consists in proposing a constitutive model, in a complete thermodynamics framework, physically motivated, using Edwards-Vilgis' network theory. Inelasticity derives from microstructural changes through the evolution of constitutive parameters which is compensated by relaxation of elastic energy. Proposed model takes into account strong thermo-mechanical coupling, and with a reduce number of parameters, allows a good correlation with thermal and mechanical experimental data.