Comportement mécanique d’un polyamide 6,6 soumis à un vieillissement thermo-hydro-glycolé : Relations microstructure-propriétés

Mechanical behavior of a polyamide 6,6 subjected to thermo-hydro-glycol ageing : Microstructure-property relationships

• Auteur / Autrice : Clément Laügt
• Direction : Noëlle Billon, Jean-Luc Bouvard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Soutenance le 12/07/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Fodil Meraghni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noëlle Billon, Jean-Luc Bouvard, Bruno Fayolle, Gilles Robert
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sylvie Castagnet, Valérie Gaucher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fatigue

Propriétés mécaniques

Polyamides

Mots clés libres

Pa66

Vieillissement thermo-Hydro-Glycolé

Microstructure

Comportement mécanique

Pa66

Thermo-Hydro-Glycol ageing

Microstructure

Mechanical behavior

Résumé

L’objectif de ce travail est d’évaluer l’impact d’un vieillissement thermo-hydro-glycolé sur la microstructure et le comportement mécanique d’un polyamide 6,6 moulé par injection. Au cours des vieillissements, les polyamides 6,6 sont immergés dans un mélange d’eau et d’éthylène glycol, à des températures allant de 120°C à 140°C. Au niveau microstructural, une diminution de la masse molaire moyenne du polymère est mesurée par chromatographie d’exclusion stérique. Cette diminution est la conséquence d’une réaction d’hydrolyse. Toutefois, l’essentiel des caractérisations concerne la phase cristalline du polymère. Plusieurs grandeurs sont mesurées, et en particulier un indice de cristallinité, l’épaisseur des lamelles cristallines, la taille apparente des cristallites, et un indice de perfection cristalline. Un gradient de microstructure cœur-peau est mis en évidence. Il est la conséquence du procédé de moulage par injection. Le comportement mécanique du polyamide 6,6 est évalué à l’aide d’essais de traction uniaxiale. Les champs de déformation vraie sont mesurés par stéréo-corrélation d’images. Les conditions de chargement des essais mécaniques sont choisies en se basant sur le principe d’équivalence temps-température. Des relations microstructure-propriétés sont mises en évidence. Enfin, le comportement mécanique est intégré au sein d’un modèle qui s’inspire de la physique. Le polymère est assimilé à un réseau équivalent. Ce modèle permet de prendre en compte des chargements complexes.

The aim of this work is to assess the impact of a thermo-hydro-glycol ageing on the microstructure and the mechanical behavior of an injection molded polyamide 6,6. During ageing, polyamides 6,6 are immerged in a mixture of water and ethylene glycol, at temperatures ranging from 120°C to 140°C. Concerning the microstructure, a decrease of the average molar mass of the polymer is measured by steric exclusion chromatography. This decrease results from the hydrolysis reaction. However, most of the measurements concern the crystalline phase of the polymer. Several quantities are measured, especially a crystallinity index, the lamellae thickness, the crystallites apparent size, and a crystal perfection index. A core-skin microstructural gradient is pointed out. It is the consequence of the injection molding process. The mechanical behavior is assessed by tensile testing. The true strain fields are measured by a digital image correlation system. The loading conditions are chosen by referring to the time-temperature superposition principle. Microstructure-properties relationships are brought out. Finally, the mechanical behavior is integrated in a model inspired from physics. The polymer is related to an equivalent network. This model allows the modelling of complex loading.