Les mécanismes de déformation dans les polymères semi-cristallins à structure sphérolitique ont été étudiés à l'aide d'une mini-machine de traction placée sous un microscope à force atomique.

Figure 1 Mini-machine de traction

Les essais in situ ont révélé dans plusieurs polymères semi-cristallins tel que le polyamide 6 (PA 6), le polybutène (PB) et le polycaprolactone (PCL) de la fragmentation lamellaire (Figure 2) et des micro-craquelures (Figure 3). Ces deux mécanismes s’amorcent dès la fin du domaine élastique. Ils sont tous deux à l’origine d’une déformation permanente et d’une dégradation des propriétés mécaniques.

Ces constations expérimentales ont conduit à formuler l’hypothèse d’un couplage entre plasticité et endommagement. L’endommagement et la déformation plastique ont pu être mesurés par des essais de tractions charge/décharge auxquels on soustrait la contribution visqueuse. Il s’avère que dans les trois matériaux ci-dessus, l’évolution du dommage en fonction de la déformation plastique suit une unique loi malgré leurs nombreuses différences structurales (épaisseur des lamelles, diamètre des sphérolites, température de transition vitreuse, ...).

Une loi de comportement peut être établie à partir du concept qu’un polymère semi-cristallin est constitué d’un réseau macromoléculaire bridé par une structure cristalline. Ceci couplé avec la constatation expérimentale que la destruction de la structure cristalline induit un endommagement piloté par la déformation plastique, nous amène à utiliser un modèle visco-élasto-plastique couplé avec de l'endommagement (Figure 5). Le présent modèle a été formulé en grandes transformations dans un cadre thermodynamique et implémenté dans le code de calcul par la méthode des éléments finis, ZéBuLon. Il reproduit les essais de traction monotones et cycliques pour les trois matériaux et prédit le comportement en relaxation.

Figure 6 Confrontation modèle expérience (Cas du Polybutène)