Mécanismes et tenue mécanique long-terme de mousses polyuréthanes pures et renforcées aux températures cryogéniques

Mechanisms and long-term mechanical behavior of pure and reinforced polyurethane foams at cryogenic temperatures

• Auteur / Autrice : Anne-Gaëlle Denay
• Direction : Sylvie Castagnet, Annette Roy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Déformations (mécanique)

Essais de compression

Mousses (matériaux)

Mots clés libres

Effet d'échelle

Analyse dynamique mécanique

Résumé

Le cadre général de l'étude concerne la tenue en fluage long-terme de mousses polyuréthane utilisées dans la paroi de cuves de méthaniers. Le comportement mécanique en compression monotone, fluage sous faible contrainte et analyse mécanique dynamique (DMA), a donc été caractérisé jusqu'aux températures cryogéniques (-170°C) sur mousses polyuréthanes renforcées ou non par du mat de fibres de verre. Le premier objectif était de caractériser la réponse et les mécanismes activés à basse température. L'endommagement induit par le fort refroidissement des échantillons affecte les tout premiers stades de déformation en compression, variablement selon la taille d'échantillon. Les micrographies et observation tomographiques post-mortem ne mettent pas en évidence d'endommagement flagrant. Une déformation de fluage en partie recouvrable est également observée. Le second objectif était de réfléchir à une méthode de prédiction de la tenue long terme en fluage par équivalence temps-température en DMA. Les différentes transitions rencontrées entre -170°c et la transition vitreuse ont donc été analysées, de même que la représentativité des petits échantillons utilisés dans ce dispositif. L'effet de taille n'as pas d'effet sur la cinétique de fluage, qui peut donc être obtenue dans le dispositif de DMA. Les résultats obtenus en DMA multifréquence n'ont cependant pas permis de construire de courbe maîtresse. Cette approche n'apparaît pas la plus convaincante pour prédire le comportement en fluage sous faible contrainte et à long terme de ces mousses.

The general framework of the study concerns the long term creep resistance of polyurethane foams used in the wall of LNG tanks. The mechanical behavior in monotonic compression, low stress creep and dynamic mechanical analysis (DMA) has been characterized at cryogenic temperatures (-170°C) for polyurethane foam reinforced or not by the glass fiber mat. The first objective was to characterize the response and the mechanisms activated at low temperatures. The induced damage by the strong cooling of samples affects the earliest stages of deformation in compression, depending on the sample size. The micrographs and tomographic observations post-mortem did not show obvious damage. A creep recovery deformation is also observed. The second objective was to consider a prediction method for long-term creep by time-temperature equivalence in DMA. The various transitions observed between -170°VC and glass transition have been analyzed, as well as the representativeness of small samples used in this device. The results obtained in multifrequency DMA have not allowed the construction of mater curve. This approach is not the most appropriate to predict the creep behavior under low stress and long term of these foams.