Essais de traction uniaxiale

Pour définir les conditions d’essais lors des sollicitations cycliques, il est nécessaire de connaître les propriétés mécaniques en traction des différentes fibres, en particulie r la contrainte à rupture moyenne. Une mauvaise estimation de cette valeur de contrainte à rupture conduirait à des erreurs sur le calcul des charges maximales et minimales et donc sur la détermination des durées de vie en fatigue. 

Courbes contrainte-déformation

Des exemples représentatifs des courbes contrainte-déformation (s-e) obtenues en traction pour les deux types de fibres PA66 et les deux types de fibres PET sont comparés sur la figure 4.1. Les valeurs correspondantes de la contrainte et de la déformation à rupture, ainsi que du module d’élasticité (ou module d’Young) initial sont données dans le tableau 4.1. Ces valeurs sont calculées sur environ 30 essais pour chaque type de fibre. Tableau 4.1 Résultats des propriétés mécaniques en traction. Les fibres testées présentent un comportement non linéaire et les courbes montrent des changements de pente qui permettent de distinguer les parties suivantes (Fig. 4.2) : · Une région élastique qui correspond à la première partie linéaire des courbes ; elle peut être définie par le module initial Ei . Le comportement du matériau dans cette région est géré par l’accommodation de la phase amorphe isotrope. · Une région d’assouplissement dans laquelle les contraintes peuvent être relaxées, la phase amorphe isotrope continue à s’accommoder et se réaligner. Ce processus se traduit par une déformation sensible du matériau sans nécessiter des contraintes de valeurs élevées. Les changements ont lieu exclusivement dans la phase amorphe isotrope jusqu’au moment où elle se trouve toute tendue, se ressemblant à la phase amorphe orientée. Un point d’inflexion Ey sur les courbes indique un changement de comportement lié à un durcissement du matériau. La phase amorphe isotrope/orientée tendue est alors bloquée et des contraintes plus importantes sont nécessaires pour provoquer la déformation du matériau. Cette région, de faible étendue sur la courbe, est caractérisée par les coordonnées du point d’inflexion. · La partie linéaire suivante correspond au comportement linéaire pseudo-élastique. Contrairement à la première partie de la courbe, si l’on relâche la sollicitation à un endroit quelconque de cette portion de la courbe, le tracé dans le cas de la décharge de l’échantillon ne coïncide pas avec celui obtenu lors de la mise en charge. Il s’agit bien sûr d’un comportement viscoélastique. Le mécanisme de déformation invoqué ici est le glissement des chaînes, les unes par rapport aux autres. Cette région est caractérisée par un module de post-durcissement Ep. · Le fléchissement final est attribué aux chaînes qui continuent à glisser, jusqu’à un certain seuil où le déchaussement de ces chaînes commence à avoir lieu. C’est là où le mécanisme de rupture s’amorce sur la surface de la fibre jusqu’arriver à la rupture finale de l’échantillon. . E p E y s e Rupture Ei . Fig. 4.2 Les différentes pentes d’une courbe contrainte-déformation.

Fibres PA66

L’observation des courbes contrainte-déformation des deux types de fibres PA66 (Fig. 4.1) suggère plusieurs remarques : · Pour les faibles déformations (inférieures à 2%), les deux échantillons ont un comportement identique. Dans ce domaine de déformation, la forme de la courbe – et donc le module d’élasticité Ei – est assez semblable pour les deux fibres. Comme le montrent les résultats donnés dans le tableau 4.1, leur rigidité est quasiment la même (4.7 et 4.8 GPa). · Entre 2 et 14% de déformation, les courbes de traction des fibres PA66-A et PA66-B se superposent. · Au-delà de 14% de déformation, la courbe de traction de la fibre PA66-B se sépare montrant une rigidité supérieure. La fibre PA66-B possède une contrainte et une déformation à rupture supérieures à celles de la fibre PA66-A : 1.19 GPa et 24% contre 1.10 GPa et 21% (Tableau 4.1). 

Fibres PET

Dans le cas des deux types fibres PET, les courbes contrainte-déformation présentent plusieurs étapes : · Pour des déformations inférieures à environ 1%, les deux échantillons ont un comportement quasiment identique, avec un module élastique similaire (10.1 et 10.3 GPa). · Au-delà de 1% de déformation, la fibre PET-A montre un durcissement beaucoup plus rapide que la fibre PET-B. La fibre PET-A présente une rigidité très supérieure à la fibre PET-B. Selon Oudet [OUD86] , ce phénomène peut être expliqué par l’existence d’une fraction amorphe plus dense dans la fibre PET-A, conduisant à moins de possibilités de mouvement des chaînes macromoléculaires. · Dans le dernier régime de déformation – conduisant à la rupture finale – nous constatons cependant un endommagement plus important pour la fibre PET-A (i.e. un fléchissement plus accentué de la courbe). Selon Oudet [OUD86] ce comportement est probablement dû à une différence de taille des cristallites des matériaux, la fibre PET-A ayant une taille plus faible. Les cristallites constituent des “points d’ancrage” pour certaines chaînes, appartenant au domaine amorphe, qui assurent la cohésion du matériau par des liaisons intra et intermicrofibrillaires. Une faiblesse au niveau de ces points d’ancrage engendre donc une décohésion plus facile du matériau. L’analyse des valeurs numériques (tableau 4.1) indique une importante différence d’allongement à rupture entre les deux fibres PET (12.1 % pour la fibre PET-A et 16.6 % pour la fibre PET-B). La fibre PET-B possède une contrainte à rupture supérieure (1.28 GPa) à celle de la fibre PET-A (1.20 GPa).