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Endommagement des polyamides
Les polyamides sont des polymères semi-cristallins utilisés dans l’industrie automobile pour leur résistance mécanique et thermique. Parmi eux, les polyamides 6 et 6,6 sont représentatifs et très utilisés par les industriels. En revanche, dans le contexte automobile, ces polymères peuvent se trouver en contact avec des solutions salines de déneigement. Les principaux sels utilisés sur les routes sont NaCl, MgCl2, CaCl2. On retrouve dans la littérature des travaux portant sur la fissuration environnementale sous contrainte (ESC) des polyamides en contact avec de tels sels. Dunn et Sansom (1969) décrivent les conditions de fissuration des polyamides 6 et 6,6 et proposent un mécanisme d’action par complexation des cations métalliques par les fonctions amides. Leur travail permet de distinguer les sels actifs en deux catégories (type I et type II), selon le mode de complexation, mais n’explique pas ce qui induit cette distinction. De plus, l’impact sur le polymère et le mécanisme de fissuration sont peu décrits dans la littérature. Les principales hypothèses avancées sont la plastification du matériau par l’absorption de solvant et la diminution de l’énergie de surface par la solution saline.
Les objectifs de l’étude sont de comprendre les différences entre les types de sels (taille, valence, influence de l’anion, pH, etc…) et de les relier aux effets sur le polyamide 6,6, puis de décrire précisément le mécanisme de fissuration en présence de sel (contrainte seuil, effets du cyclage, etc…).
Recherche en cours
Dirigées par Annie COLIN, Costantino CRETON.
Thèse CIFRE financée par RENAULT
Edwige LAY : Durabilité des Polyamides en contact avec les sels de déneigement
Dans une première partie de l’étude, des tests d’immersion sans contrainte ont été effectués. En spectroscopie infrarouge et en microscopie électronique (MEB-EDX), les sels inactifs en ESC, tels que NaCl ne sont pas détectés dans les échantillons. Il en est de même pour les sels de type II, tels que CaCl2 et MgCl2, pourtant à l’origine de phénomènes d’ESC. Ces immersions conduisent à une prise de masse atteignant un plateau. La hauteur de ce plateau a été corrélée à l’activité de l’eau dans la solution saline d’immersion et est indépendante de l’historique de l’échantillon. Ces résultats sont corroborés par l’absence d’effet des immersions en solutions salines sur les propriétés mécaniques : au plateau, on observe une diminution du module d’Young et de la contrainte de plasticité liée à la quantité d’eau absorbée ; après séchage, on revient aux propriétés initiales. Ces résultats contredisent les hypothèses avancées dans l’état de l’art.
Dans un second temps, des essais sous contrainte sont menés en présence de sels à température ambiante. En-dessous du seuil de plasticité, aucune fissuration n’est observée dans le temps de l’expérience (<3h). Au seuil de plasticité, dès la mise en contact avec les sels, CaCl2, NaCl et KCl, des ridules puis des craquelures sont observées (ordre de grandeur de temps : 10-30s), uniquement dans la zone en contact avec la solution saline. Des caractérisations en MEB-EDX permettent d’obtenir une cartographie de la diffusion du sel dans le matériau. On observe deux comportements différents selon le type de sel. Pour CaCl2, le sel pénètre dans le matériau seulement dans des zones bien délimitées alors que pour NaCl et KCl, il se dépose sous forme de cristaux. La morphologie des craquelures est également distincte : large pour CaCl2 (pores non imagés au MEB), fine et tortueuse pour NaCl et KCl (pores de l’ordre de 10µm). Les mesures de tension de surface ne permettent pas de distinguer les deux types de sels.
Grâce aux différents moyens mis en œuvre (dispositif de traction en immersion, DIC, variation des conditions de mise en contact : contrainte, température, pré-traitement, etc…) , nous espérons obtenir des informations quant aux mécanismes de pénétration des sels dans le polyamide 6,6 ainsi que sur leur rôle dans le mécanisme de fissuration sous contrainte.
Fissures contrastées observées dans l'épaisseur de l'échantillon après contact avec une solution concentrée de CaCl2 lors d'un essai de traction (détection SEM-CBS)
