Soutenance mémoire
Présentation de la structure de la corde
La corde en fibres synthétiques est constituée d’assemblages de millions de fibres caractérisées par une architecture complexe. Elle est constituée d’éléments structuraux de l’ordre hiérarchique en torsion les fibres .Pour la corde toronnée, en tressant les fibres, on obtient un brin; des fils de caret tordus font un toron. La structure la plus répandue est la corde à deux ou trois torons. Pour cette structure, si la fibre tourne de gauche à droite, le fil de caret va tourner de droite à gauche et un toron suit la même direction que la fibre. Il existe alors deux cas: la torsion en Z et la torsion en S.
Vieillissement climatique du polyamide
Les chercheurs (Shamey and Sinha 2003) ont résumé les effets du vieillissement naturel du polyamide. Ils ont constaté que ce polymère est plus sensible à la lumière qu’à l’humidité ou à la chaleur. En présence d’oxygène, la perte de ténacité est grande. Pour analyser le vieillissement naturel du polyamide, il faut aussi tenir compte de l’influence de la pollution et du pH. Au niveau des propriétés mécaniques, le vieillissement naturel provoque progressivement la diminution de l’énergie de rupture. Le vieillissement naturel du polyamide peut provoquer également un changement de structure, de morphologie, de degré de polymérisation, etc…
La recherche de Stowe et al (Stowe, Fornes et al. 1974) a montré aussi que le vieillissement climatique est une combinaison de la photolyse et de la photo-oxydation. La photolyse résulte des réticulations dans la zone amorphe, de plus, c’est aussi dans cette zone qu’il forme des radicaux libres et des liaisons hydrogènes. La dégradation du polyamide causée par la photolyse est indépendante de la présence d’oxygène, de chaleur, d’humidité et d’additifs. Elle aura lieu lorsque la longueur d’onde de la lumière sera comprise entre 250 et 300 nm.
Travail sur les cordes d’assurance faites en polyamide et en PET
Les chercheurs se sont intéressés aux propriétés mécaniques des cordes notamment le comportement en fatigue et en traction. En ce qui concerne le vieillissement des cordes d’assurance, les études sont limitées.
Angelloz (Angelloz, Caramaro et al. 2005) et ses collègues ont analysé le vieillissement naturel et le vieillissement accéléré de la corde d’assurance en polyamide, en polyester, et en polypropylène. Les tests du vieillissement accéléré sont réalisés selon trois normes . Cette étude du vieillissement photochimique des fibres de polyamide a conclu que le mécanisme de dégradation correspond à une photo-oxydation. L’utilisation des stabilisants est efficace en dessous de 40-50°C. Ils ont aussi observé une diminution de la cristallinité lorsqu’on augmente la durée d’exposition au rayonnement ultraviolet.
Vitesse d’oxydation lors du vieillissement
La mesure de la consommation d’oxygène est une des méthodes pour suivre l’avancement du vieillissement. Cette méthode est mise en œuvre à l’aide d’une enceinte de vieillissement fermée et un manomètre (Verdu 1984; Wise, Gillen et al. 1995). Le manomètre mesure directement le changement des quantités de gaz dans l’enceinte pendant le vieillissement. La difficulté est qu’il faut fournir assez d’oxygène dans l’enceinte isolée et la quantité fournie pour le vieillissement est aussi difficile à estimer. L’inconvénient de cette méthode est qu’on néglige la formation de produits volatils au cours du vieillissement. Cela influence la précision de la mesure. L’avantage est qu’elle est simple à mesurer et à utiliser. Assink et al (Assink, Celina et al. 2005) ont proposé d’utiliser le respiromètre au lieu d’utiliser le manomètre. Le respiromètre est sensible pour la mesure du taux d’oxydation des échantillons polymères de faibles densités à une température ambiante pendant un court instant. Cette méthode est limitée au vieillissement thermique.
Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)
La mesure par DSC sert à étudier le comportement des polymères lorsqu’ils sont soumis à des variations de température. On fera les tests de DSC pour savoir s’il y a eu des changements du comportement thermique du matériau après vieillissement. Différentes transitions thermiques peuvent être détectées par DSC, par exemple la fusion d’un polymère cristallin et la transition vitreuse des polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes . L’analyse par DSC est faite sous atmosphère de gaz inerte pour éviter toute réaction possible entre le matériau étudié et l’environnement du four. Les tests de DSC sont menés à une vitesse de balayage de 10°C/min.
Microscopie Électronique à Balayage (MEB)
La microscopie électronique à balayage (Scanning Electron Microscopy) est une méthode qui donne l’image de la surface d’un échantillon. Le principe est qu’un faisceau d’électrons balaie la surface d’un échantillon, l’interaction entre le faisceau électronique et l’échantillon génère des électrons secondaires ou des électrons rétrodiffusés. Ceux-ci sont captés par un détecteur qui donne un signal. Ces signaux peuvent former des images de l’échantillon détecté. Étant donné que le polymère est peu conductible, il faut le métalliser pour passer au MEB.
On utilise cette méthode pour observer le changement de surface des échantillons avant et après le vieillissement. On choisit prudemment un brin des matériaux pour être sûr que celui-ci a bien vieilli, on coupe à une longueur demandée et ces matériaux sont collés sur le support d’échantillon.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE LITTÉRAIRE
1.1 Présentation de la structure de la corde
1.2 Présentation des matériaux
1.2.1 Polyamide 6
1.2.2 Polyéthylène téréphtalate (PET)
1.3 Vieillissement des matériaux polymères
1.3.1 Généralités du vieillissement physique et du vieillissement chimique
1.3.2 Mécanisme de trois vieillissements chimiques étudiés
1.4 Vieillissement climatique du polyamide et du PET
1.4.1 Mécanisme du vieillissement climatique du polyamide et du PET
1.4.2 Vieillissement climatique du polyamide
1.4.3 Vieillissement climatique du PET
1.4.4 Travail sur les cordes d’assurance faites en polyamide et en PET
1.5 Caractérisation de l’avancement du vieillissement
1.5.1 Paramètres de la caractérisation de l’avancement du vieillissement
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE DE CARACTÉRISATION
2.1 Présentation des matériaux étudiés
2.2 Dispositifs du vieillissement naturel et du vieillissement accéléré
2.2.1 Vieillissement naturel
2.2.2 Vieillissement accéléré
2.3 Caractérisation des propriétés mécaniques
2.3.1 Au niveau de la corde
2.3.2 Au niveau d’un brin
2.4 Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)
2.5 Diffraction des rayons X (DRX)
2.6 Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR)
2.7 Microscopie Électronique à Balayage (MEB)
2.8 Viscosimètre Capillaire
CHAPITRE 3 VIEILLISSEMENT NATUREL ET ACCÉLÉRÉ DU POLYAMIDE 6
3.1 Caractérisation des propriétés mécaniques
3.1.1 Caractérisation des propriétés mécaniques des cordes suite au vieillissement naturel
3.1.2 Caractérisation des propriétés mécaniques des cordes suite au vieillissement accéléré
3.1.3 Caractérisation des propriétés mécaniques du vieillissement accéléré au niveau du brin
3.2 Diffraction des rayons X (DRX)
3.3 Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)
3.3.1 DSC du polyamide 6 vieilli naturellemen
3.3.2 DSC du polyamide 6 au vieillissement accéléré
3.4 Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR)
3.4.1 FTIR du polyamide 6 suite au vieillissement naturel
3.4.2 FTIR du polyamide 6 suite au vieillissement accéléré
3.5 Microscopie Électronique à Balayage (MEB)
3.5.1 Microscopie Électronique à Balayage (MEB) du polyamide 6 suit au vieillissement naturel
3.5.2 Microscopie Électronique à Balayage (MEB) du polyamide 6 suit au vieillissement accéléré
3.6 Viscosimètre capillaire
3.7 Discussion
CHAPITRE 4 VIEILLISSEMENT NATUREL ET ACCÉLÉRÉ DU PET
4.1 Caractérisation des propriétés mécaniques
4.1.1 Caractérisation des propriétés mécaniques
4.1.2 Caractérisation des propriétés mécaniques du PET suite au vieillissement accéléré
4.1.3 Caractérisation des propriétés mécaniques du PET au vieillissement accéléré au niveau du brin
4.2 Propriété Thermique (DSC)
4.2.1 DSC du PET vieilli naturellement
4.2.2 DSC du PET vieilli en laboratoire
4.3 Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR)
4.3.1 FTIR du PET suite au vieillissement naturel
4.3.2 FTIR du PET suite au vieillissement accéléré
4.4 Microscopie Électronique à Balayage (MEB)
4.4.1 Microscopie Électronique à Balayage du PET suite au vieillissement naturel
4.4.2 Microscopie Électronique à Balayage du PET suite au vieillissement accéléré
4.5 Viscosimètre capillaire
4.6 Discussion
CONCLUSION
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