Comportement à la rupture de mélanges incompatibles de PA6 et d'ABS : analyse des transitions ductile-fragile

Abstract

Le nylon 6 ou polyamide 6 (PA6), l'acrylonitrile/butadiène/styrène (ABS) et des mélanges des deux polymères sont les matériaux considérés dans cette étude. Les deux matériaux de base font partie des polymères les plus utilisés dans des applications techniques à cause de leurs bonnes propriétés mécaniques, physiques et chimiques. Cette utilisation très répandue impose de comprendre les mécanismes qui gouvernent leur résistance à la rupture. La rupture fragile, qualifiée aussi de rupture instable ou catastrophique, survenant en cours d'utilisation ou de fonctionnement est redoutée et doit être évitée autant que possible. La rupture des matériaux est examinée sur un large intervalle de température pour identifier les divers mécanismes de rupture. Une emphase est mise sur les températures de transition (T_f-d) d'un comportement à la rupture fragile à un comportement ductile. En faisant varier la vitesse de sollicitation pendant les essais de flexion trois points, nous avons déterminé l'influence de celle-ci sur la température de transition fragile ductile (T_f-d). La ténacité des différents matériaux a été analysée à travers les paramètres de rupture définis par des modèles de caractérisation de chaque mode de rupture. Ces modèles furent développés par Williams (rupture fragile), De Charentenay et Vu-Khanh (rupture semi-ductile) et Vu-Khanh (rupture ductile). Une méthode générale fondée sur la longueur de fissure effective et le facteur d'intensité de contrainte correspondant est proposée. Le modèle d'Eyring de caractérisation de l'écoulement tenant compte à la fois de la température et de la vitesse de sollicitation, a été appliqué avec succès aux différents matériaux de l'étude. Nous avons montré que le volume d'activation est indépendant de la composition du mélange, alors que l'énergie d'activation diminue avec le pourcentage d'ABS. Les échantillons ont été soumis à des analyses thermomécaniques qui mettent en évidence le caractère viscoélastique du mélange et permettent de déterminer les différents degrés de mouvement des molécules par les transitions de phases. En identifiant les phases de transition moléculaire on a pu établir une corrélation avec les températures de transition T_f-d. Les différentes morphologies ont été examinées au microscope électronique à balayage et une structure co-continue a été mise en évidence pour le mélange contenant 70% d'ABS. C'est aussi à cette composition que la ténacité maximale au choc a été obtenue. Ce travail a permis d'aboutir au double objectif suivant: premièrement, explorer dans quelle mesure les concepts et lois de comportement contribuent à une meilleure connaissance du comportement à la rupture de mélanges de PA6 et d'ABS, en fonction de la composition du mélange, de la température et de la vitesse de sollicitation; proposer une méthode générale d'analyse de la rupture des polymères. Ensuite, démontrer que les transitions dans le comportement à la rupture sont liées en grande partie à la structure moléculaire des matériaux analysés.