Damage mechanisms investigation in short glass-fiber reinforced polyamide 66 subjected to the aging effect of ethylene glycol and coolant
Etude des mécanismes d'endommagement dans un polyamide 66 renforcé par des fibres de verre courtes, soumis à l'effet de vieillissement de l'éthylène glycol et de l'antigel
Résumé
The aim of this work is to study the effect of ethylene glycol and coolant aging on the overall behavior and the damage mechanisms of the Polyamide 66 (PA66) and the short glass fiber reinforced polyamide 66 (PA66/GF). To this end, a proper experimental aging setup is designed and presented for conditioning the samples in glycol and coolant at different aging durations. The aging media absorption effect is analyzed through the swelling and the mass variation (uptake). The effect of cooling is also studied by applying two cooling methods. Moreover, monotonic tensile tests are performed to study the aging effect on the PA66 and PA66/GF. SEM (Scanning Electron Microscopy) investigation is then performed to characterize the damage mechanisms and their evolution with the increase of the aging duration. X-ray micro-computed tomography (µCT) observations are also carried out to quantify the damage depending on the aging duration, the material, and the area of interest (AOI).Experimental findings show that the glycol and coolant absorption is more important for the PA66 unreinforced matrix than for the short glass fiber-reinforced PA66 composite. In addition, the stiffness, as well as the material deformability, are found to be significantly affected by aging. In terms of composite degradation, the main damage mechanisms are the damage at the fiber's end and the fiber-matrix interface, and for the high aging durations, cavitation in the polymer matrix is observed. The X-ray µCT investigation has indicated pronounced damage mostly located at the core and surface of the samples, which is due to the well-known shell-core microstructure of injected PA66/GF composites. All these conclusions lead to inferring the significant and irreversible effect of glycol and coolant aging on the bulk mechanical behavior and damage mechanisms of the investigated materials.
Le but de ce travail est d'étudier l'effet du vieillissement dans l'éthylène glycol et l'antigel sur le comportement global et les mécanismes d'endommagement du polyamide 66 (PA66) et du polyamide 66 renforcé par des fibres de verre courtes (PA66/GF). À cette fin, un dispositif expérimental de vieillissement adéquat est conçu et présenté pour conditionner les échantillons dans le glycol et l'antigel à différentes durées de vieillissement. L'effet d'absorption du milieu de vieillissement est analysé par le gonflement et la variation de masse (absorption). L'effet du refroidissement est également étudié en appliquant deux méthodes de refroidissement. Des essais de traction monotones sont effectués pour étudier l'effet du vieillissement sur le PA66 et le PA66/GF. Une investigation MEB (Microscope Electronique à Balayage) est ensuite réalisée pour caractériser les mécanismes d'endommagement et leur évolution en fonction de la durée de vieillissement. Des observations par tomographie à rayons X (µCT) sont également réalisées pour quantifier les dommages en fonction de la durée du vieillissement, du matériau et de la zone d'intérêt (AOI).Les résultats expérimentaux montrent que l'absorption de glycol et de l'antigel est plus importante pour la matrice PA66 non renforcée que pour le composite PA66 renforcé par des fibres de verre courtes. De plus, la rigidité, ainsi que la déformabilité du matériau, sont considérablement affectées par le vieillissement. En termes de dégradation du composite, les principaux mécanismes d'endommagement sont situés à l'extrémité de la fibre et à l'interface fibre-matrice, et pour les durées de vieillissement élevées, la cavitation dans la matrice polymère est constatée. L'étude par microtomographie à rayons X a indiqué que l'endommagement est principalement localisé au cœur et à la surface des échantillons, ce qui est dû à la microstructure cœur-peau bien connue des composites PA66/GF injectés. Toutes ces conclusions permettent de déduire l'effet significatif et irréversible du vieillissement du glycol et de l'antigel sur le comportement mécanique global et les mécanismes d'endommagement des matériaux étudiés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)