Compréhension des mécanismes physiques de fatigue dans le polyamide vierge et renforcé de fibres de verre

Les polyamides renforcés de fibres de verre sont utilisés dans lautomobile pour leur légèreté vis-à-vis du métal à rigidités équivalentes. Pour évaluer leur durabilité à différentes températures nous avons construit des courbes de Wöhler. Nous proposons un critère dendommagement basé sur la déformation élastique et proposons ainsi de normaliser les courbes de Wöhler par le module initial du matériau à sa température de fonctionnement. La courbe maîtresse obtenue permet de prédire la durabilité en fatigue du matériau pour une large gamme de contraintes et températures. Nous proposons un scénario dendommagement en fatigue en trois étapes. Pendant une brève étape le matériau séchauffe et lendommagement est négligeable. La seconde étape est caractérisée par une température du matériau constante et une évolution linéaire de la raideur apparente (appelée module dynamique en fatigue) et de la déformation en fonction du logarithme du nombre de cycles. Au cours de la troisième étape la rigidité chute brutalement jusquà rupture. Nous montrons que la durée de vie est contrôlée par la durée de la seconde étape au cours de laquelle le module du matériau décroît linéairement avec le logarithme du temps.Nous avons réalisé des caractérisations par microscopie électronique et par diffusion des rayons X et diffusion de neutrons pour étudier lendommagement depuis léchelle nanométrique jusquà léchelle micronique de la microstructure semicristalline du polyamide renforcé de fibres de verre et de la matrice polyamide en tant que référence. Ces caractérisations nous permettent dexpliciter les mécanismes liés à la seconde étape dendommagement. Nous mettons en évidence la nucléation de domaines de faible densité dans la matrice polyamide à une échelle nanométrique, et laugmentation du nombre et de la taille de ces domaines jusquà la formation de craquelures. La distribution de taille, la densité et le facteur de forme de ces cavités ont été quantifiés. Nous proposons enfin un modèle physique de nucléation des cavités basé sur lexistence dune distribution dintensités des déformations locales. Lénergie dactivation du processus de nucléation des cavités a été déterminée. Ce modèle permet dexpliquer lévolution logarithmique des propriétés macroscopiques du polyamide vierge et renforcé au cours de la fatigue. Les résultats de cette thèse ouvrent la voie vers une meilleure prédiction de la durée de vie en fatigue dune part, et vers une augmentation de la durée de vie du matériau grâce à des formulations innovantes de la matrice dautre part

Physical Mechanisms of Fatigue in Neat Polyamide 6,6

The fatigue durability of polyamide 6,6 has been studied for various maximal stresses. We focus on the identification of the microscopic mechanisms responsible for damaging in fatigue regime. We show that the apparent stiffness, or dynamic modulus, decreases linearly as a function of the logarithm of the number of cycles during fatigue tests, except at the very end of the lifetime, prior to failure. This suggests a progressive, accumulative, and generalized damage in the material. This damage mechanism has been characterized at various scales with electron microscopy and X-ray scattering. These analyses show that low density domains are formed at nanometric scale at the early stages of fatigue. The number and size of these domains increase as a function of the number of cycles, explaining the logarithmic decrease of dynamic modulus. These low density domains become anisotropic and evolve into crazes at the ultimate stages of fatigue. The size distribution, density, and form factor of the defects have been characterized during fatigue. The damaging mechanisms and the different steps of damage are discussed in the context of a recent theoretical model