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Comportement mécanique de matrice de composites techniques soumis à un vieillissement thermo-hydro-glycolé ; Relations microstructure-propriétés

Comportement mécanique de matrice de composites techniques soumis à un vieillissement thermo-hydro-glycolé ; Relations microstructure-propriétés

Mechanical behavior of technical composites resin subjected to thermo-hydro-glycol ageing: Microstructure-property relationships

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique numérique et Matériaux

Ecole doctorale

SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Directeur de thèse

BILLON Noëlle

Co-directeur de thèse

BOUVARD Jean-Luc

Unité de recherche

Centre de Mise en Forme des Matériaux

Contact
Site Webhttp://www.cemef.mines-paristech.fr/workspaces/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-4421/?portal_status_message=psm_status_changed
Mots-clés

Vieillissement eau/glycol, PA66, caractérisation microstructurale, loi de comportement

Hydro-glycol ageing, PA66, microstructural characterization, constitutive behavior

Résumé

Ce travail visera à caractériser l'évolution du comportement mécanique de la matrice PA 66 en présence d'eau et de glycol y compris en température. En effet, les mélanges eau-glycol sont très présents dans les circuits de refroidissement des moteurs automobiles où le polyamide renforcé est utilisé intensivement. Le polymère en contact prolongé avec l'eau et le glycol peut absorber une certaine quantité de ces éléments qui diffusent alors vers le volume. Ces petites molécules agissent comme plastifiant, modifiant les mobilités moléculaires et le comportement mécanique de la matrice du composite.

Le travail de thèse comportera trois aspects :
• Une caractérisation thermomécanique du matériau en fonction de son état de vieillissement thermo-hydro-glycolé et de son état de saturation en glycol et/ou en eau ;
• Une identification des évolutions microstructurales associées au vieillissement ;
• Une prise en compte de ces évolutions dans le modèle de comportement VENU, développé au cours de DAMOFIP et validé pendant DURAFIP.

This work will aim to characterize the evolution of the mechanical behavior of PA 66 matrix in the presence of water and glycol. Indeed, water-glycol mixtures are very often located in the cooling circuits of automotive engines where the reinforced polyamide is also intensively used. The polymer in contact for a long period of time with the water and the glycol can absorb some amount of these elements which then diffuse towards the material volume. These small molecules act as plasticizers, modifying the molecular mobility and therefore the mechanical behavior of the composite resin.

The thesis will have three aspects:
• A thermomechanical characterization of the material as a function of its thermo-hydro-glycol ageing state;
• An identification of the microstructural evolution with ageing;
• Accounting for these evolutions in the VENU material model, developed during DAMOFIP and validated during DURAFIP.

This study will take advantage of SOLVAY's expertise to identify ageing conditions that could have a strong impact on the material. A strong collaboration with the SMART team of LEM3 will allow to propose inputs for the development of numerical models regarding composite.

Contexte

Actuellement, l'industrie des transports est fortement pilotée par son impact environnemental (pollution au CO2, consommation de carburant fossile). De nombreuses pistes peuvent être explorées pour réduire les émissions, mais il a été montré que les deux plus prometteuses sont l'amélioration du groupe motopropulseur et l'allègement du véhicule. Les matières plastiques renforcées de fibres courtes se positionnent comme des candidates intéressantes en termes d'allègement du véhicule. Le vieillissement des résines thermoplastiques est un enjeu majeur quand on cherche à les utiliser dans les circuits d'huile, de refroidissement ou d'air des moteurs. Les polyamides vont alors occuper une place de choix et sont des matériaux de référence pour de nouveaux développements.

Ce projet s'inscrit dans le cadre du FUI THERMOFIP coordonné par Solvay Engineering Plastics et regroupant trois partenaires académiques et sept partenaires industriels. Le projet THERMOFIP fait suite aux FUI DAMOFIP (2006-2010) et DURAFIP (2012-2016) qui ont abordé respectivement les problèmes de la tenue aux chocs puis de la tenue en fatigue des structures composites à base de polyamide renforcé. Le projet THERMOFIP vise à la mise au point d'une technologie de simulation des propriétés mécaniques de pièces moulées en polyamide 66 en cours de vieillissement dans les mélanges eau/glycol. Dans le cadre de ce FUI, l'enjeu du travail de thèse sera d'affiner la compréhension de l'évolution du matériau avec le vieillissement (changements physiques et chimiques liés à la diffusion du glycol et de l'eau, évolution de la microstructure cristalline de la matrice polyamide) et de proposer une modélisation du comportement du matériau vieilli.

Encadrement

Le travail de thèse prendra place dans un consortium réunissant des chimistes chargés de suivre les évolutions du matériau et des mécaniciens chargés de la caractérisation du composite. Cette étude mettra également à profit l'expertise de SOLVAY pour identifier des conditions de vieillissements, susceptibles de faire évoluer le matériau. Une étroite collaboration avec l'équipe SMART du LEM3 permettra de proposer, dans les solutions possibles, celles qui seront les plus aptes à être utilisées comme paramètres de modèles numériques développés pour le composite.

Profil candidat

Ingénieur ou M2 en science des matériaux et mécanique. Des connaissances en polymères sont indispensables.

Skills in materials science and mechanics. Polymer knowledge is essential.

Références

...

Type financement

Financement d'un ministère hors MESRI

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