Comportement thermomécanique : sensibilité à la température

B.4.3.1 Tests de traction quasi-statique

La sensibilité à la température du PPVC pour une vitesse de déformation de 0.03 s−1 est présentée sur la figure B.9(a). Afin d’analyser l’influence du procédé de fabrication sur le comportement mé-canique du matériau, les figures B.9(b)-(d) présentent les courbes contrainte vraie-déformation vraie pour trois températures (−30◦C, 23◦C et 85◦C). Les courbes contrainte nominale-déformation no-minale sont représentées en insertion sur ces figures. Les essais ont été effectués jusqu’à rupture de l’éprouvette excepté pour la température de 85◦C due à la limitation de la machine de traction.

Comme illustré sur la figure B.9(a), le PPVC présente une forte sensibilité à la température. Ainsi, on distingue deux domaines de comportement dont l’importance dépend de la température. Le pre-mier domaine correspondrait à un comportement élastique-viscoélastique qui intervient au début des courbes de comportement pour de petites déformations. Cette première étape diminue dramatiquement lorsque la température augmente. Le second domaine est marqué par une non-linéarité des courbes contrainte vraie-déformation vraie jusqu’à rupture de l’éprouvette. Cette phase est caractérisée par un important durcissement structural quelque soit la température et la vitesse de déformation. À partir de la température ambiante, on note que le matériau présente un comportement hyperviscoélastique. En se référant aux analyses calorimétriques qui ont été effectuées, on s’aperçoit qu’on est en plein cœur de la zone caoutchoutique comme le montre la figure B.8(a). −30◦C (voir figure B.9(b)) se trouve dans la région de transition vitreuse et 0◦C au début du plateau caoutchoutique. Ainsi, cela explique la disparition de la zone élastique sur les courbes contrainte vraie-déformation vraie à 23◦C et 85◦C (voir figures B.9(c)-(d)). Sur les figures B.9(b)-(d), on constate également que la sensibilité du matériau au procédé de fabrication diminue lorsque la température augmente.

Afin de visualiser et de quantifier la sensibilité à la température des propriétés mécaniques, pour deux vitesses de déformations, 0.03 s−1 et 0.3 s−1, le module élastique (voir figure B.10(a)), la contrainte seuil et la contrainte à rupture (voir figure B.10(b)), la déformation seuil et la déformation à rupture (voir figure B.10(c)) sont tracés sur la figure B.10.

Pour chaque matériau, la sensibilité à la température du module élastique est tracée sur la fi-gure B.10(a). Pour chaque température testée, quelque soit le matériau, toutes les données expérimen-tales sont superposées excepté à −30◦C. Cette température est proche de la température de transition vitreuse et peut expliquer cette différence. Au-delà de cette température, le matériau est dans un état caoutchoutique. Une évolution non-linéaire est observée, sur la figure B.10(a), entre le module

élas-(a) Effet de température (b) −30^◦C

(c) 23^◦C (d) 85^◦C

Figure B.9– Courbes contraintes vraies-déformations vraies expérimentales obtenues lors d’essais de traction quasi-statique à 0.03 s−1 pour les trois épaisseurs ( TH1, 4 TH2, # TH3).

tique et la température. Pour une vitesse de déformation de 0.3 s−1, à basses températures, le module élastique n’a pu être mesuré dû à une limitation de la machine. Les courbes contrainte-déformation obtenues ne permettent pas de déterminer le module d’élasticité. Dans la région caoutchoutique, entre 23◦C et 85◦C, les données expérimentales pour les deux vitesses de déformation sont superposées. Ainsi, la sensibilité à la vitesse de déformation du PPVC n’est pas significative dans la région caou-tchoutique.

Les sensibilités à la température de la contrainte seuil et de la contrainte à rupture sont présentées sur la figure B.10(b) pour les trois matériaux. La contrainte seuil décroit de façon non-linéaire lorsque la température augmente. Les valeurs de la contrainte seuil sont superposées excepté à −30◦C en accord avec les remarques faites précédemment pour le module d’élasticité. La contrainte à rupture, quant-à elle, est linéairement dépendante de la température, et toutes les valeurs sont superposées. La contrainte à rupture augmente linéairement lorsque la température croît dans la gamme de tempéra-tures testées. À −30◦C, on peut voir que la contrainte à rupture est moins sensible à la variation du procédé de fabrication que la contrainte seuil. Ainsi, dans la région de transition vitreuse, les effets de température sont moins importants pour la contrainte à rupture que pour la contrainte seuil. À 85◦C, les échantillons n’ont pas cassé. Le déplacement maximal de la machine a été atteint avant la rupture des échantillons. De plus, on peut noter qu’une augmentation de la vitesse de déformation contribue à décroître la contrainte à rupture du matériau entre −30◦C et 23◦C. La vitesse de défor-mation a également un impact important sur la contrainte seuil puisque, on peut clairement voir, sur

(a) Module élastique

(b) Contrainte seuil et contrainte à rupture (c) Déformation seuil et déformation à rup-ture

Figure B.10– Sensibilité à la température à 0.03 s−1 et 0.3 s−1 du (a) module élastique, (b) contrainte seuil et contrainte à rupture et (c) déformation seuil et élongation à rupture ( TH1, 4 TH2, # TH3).

la figure B.10(b), que celle-ci augmente de manière significative avec la vitesse de déformation. Sur la figure B.10(c), la sensibilité à la température de la déformation seuil et de l’élongation à rupture sont tracées pour deux vitesses de déformation : 0.03 s−1et 0.3 s−1. Ces propriétés augmentent avec la température. La déformation seuil présente une dépendance non-linéaire à la température où un changement de pente est observé à 0◦C. Au contraire, l’élongation à rupture montre une dépendance linéaire à la température et ne semble être influencée ni par la vitesse de déformation ni par la température de transition vitreuse. Ainsi, les mécanismes de déformation impliqués dans le comportement seuil et le comportement à rupture sont différents. Le mélange de PVC avec des plastifiants conduit à la formation d’un réseau physique entre les deux matériaux. Ce réseau physique entraine le glissement des chaînes polymères et, par conséquent, une forte élongation à rupture pour les matériaux plastifiés.

B.4.3.2 Tests de compression dynamique

Dans le but d’analyser le comportement mécanique du PPVC soumis à des chargements dyna-miques, des tests de compression dynamique ont été réalisés en utilisant le système des barres d’Hop-kinson présent au sein du Département Mécanique du laboratoire ICube. Pour les trois matériaux, les courbes contrainte vraie-déformation vraie sont présentées pour trois températures et deux gammes de vitesses de déformation. Pour obtenir ces vitesses de déformation, différentes longueurs de projectile ont été utilisées : un projectile de 0.5 m de long pour les faibles vitesses de déformation et un projectile de 1 m de long pour les grandes vitesses de déformation. On notera que la déformation à la fin du test n’est pas pertinente. Ainsi, le niveau de déformation atteint à la fin du chargement de compression

dynamique ne sera pas analysé puisqu’on ne peut pas le lier avec la rupture des échantillons.

Les tests de compression dynamique ont été réalisés à trois températures : à proximité de la tran-sition vitreuse, à −30◦C (voir figure B.11(a)), dans la région caoutchoutique, à température ambiante (voir figure B.11(b)) et à 85◦C (voir figure B.11(c)). La figure B.11 montre que les courbes contrainte vraie-déformation vraie pour chaque épaisseur sont fortement dépendantes de la vitesse de déformation et de la température. À basses températures, sur la figure B.11(a), le PPVC présente le comporte-ment mécanique classique des polymères dans leur région vitreuse : la réponse élastique, linéaire, est suivie par une brève réponse viscoélastique qui apparait avant la contrainte d’écoulement du matériau caractérisé par un maximum local. Après ce seuil, le matériau a un comportement viscoplastique. La viscoplasticité du matériau peut être séparée en deux domaines : un adoucissement plastique suivi par un durcissement structural dû à un alignement des segments de chaînes polymères.

(a) −30^◦C

(b) 23^◦C (c) 85^◦C

Figure B.11– Courbes contraintes vraies-déformations vraies expérimentales obtenues lors d’essais de compression dynamique pour les trois épaisseurs ( TH1, 4 TH2, # TH3). À température ambiante, sur la figure B.11(b), le PPVC présente un comportement viscoélastique-viscoplastique. Dans ce cas, la contrainte seuil n’est plus caractérisée par un maximum local. Elle est définie comme étant le point d’intersection des pentes définissant les domaines élastique et plastique. À 85◦C, le matériau est dans un état caoutchoutique. En comparant les figures B.11(a), (b) et (c), la sensibilité à la température du PPVC est clairement identifiée par l’évolution du domaine élastique et de l’écoulement plastique. De plus, le comportement du PPVC passe graduellement d’un comporte-ment viscoplastique avec un adoucissecomporte-ment plastique à un comportecomporte-ment viscoélastique-viscoplastique sans adoucissement plastique suivi par un comportement hyperviscoélastique.

Pour tous les tests effectués, on peut noter que la sensibilité à la vitesse de déformation du matériau TH3 n’est pas significative (voir figure B.11) contrairement aux matériaux TH1 et TH2. Sur les figures B.11(a) et (b), on peut noter, pour les matériaux TH1 et TH2, qu’une augmentation de la vitesse de déformation rigidifie le matériau en augmentant le module d’élasticité et la contrainte seuil. Les matériaux TH1 et TH2 présentent une sensibilité à la vitesse de déformation similaire à 23◦C et 85◦C (voir figures B.11(b) et (c)). Cependant, à −30◦C, le matériau TH2 présente une sensibilité à la vitesse de déformation plus importante que TH1.