Allongement de la durée de vie en fatigue des nanocomposites thermoplastiques : compréhension fondamentale des effets de la taille des particules et des propriétés de l'interphase – NANOLIFE

Les composites thermoplastiques hautes performances constituent une option prometteuse pour alléger les véhicules dans le cadre du développement durable. Leur résistance à la fatigue est critique pour la plupart des applications. Le projet NANOLIFE vise à comprendre les mécanismes moléculaires régissant la formation et la propagation des fissures au voisinage des nanoparticules en corrélation avec leur effet sur les propriétés macroscopiques en fatigue. Notre approche holistique couvre la chimie des particules, la caractérisation en fatigue et la prédiction de la durée de vie. Comme la réponse mécanique des nanocomposites dépend fortement du système, nous avons choisi comme modèle des sphères de silice dispersées dans une matrice vitreuse amorphe. Les particules seront greffées avec des chaînes polymères bien définies afin d'examiner les effets de la cohésion entre la matrice et l'interphase. L'épaisseur de l'interphase et le taux d'enchevêtrement seront explorés en i) changeant la taille des particules, la densité de greffage et la longueur des chaînes et ii) en implémentant des réticulations dynamiques dans l'interphase pour piéger les chaînes de la matrice enchevêtrées dans un réseau covalent dynamique. Les tests mécaniques permettront de relier les propriétés de l'interphase aux modes de rupture avec une approche multi-échelle. La corrélation d'image numérique et la thermographie infrarouge seront associées aux essais de propagation de fissures, pour accéder aux déformations locales près de la pointe de fissure et à la vitesse d'avancée de la fissure. Les mécanismes d'endommagement seront identifiés à partir des données thermographiques enregistrées pendant les essais de fatigue en traction-traction afin de prédire la durée de vie. En parallèle, les approches numériques permettront de comprendre la conformation, la dynamique et l'adhésion interfaciale des chaînes sur les nanoparticules ainsi que l'initiation de l’endommagement pendant les cycles de fatigue.