Relations mise en œuvre - morphologie - comportement sous rayonnement ultraviolet de forte puissance du polytétrafluoroéthylène (PTFE) : Application : matériau isolant pour appareil électrique

= Relations between process, morphology and behaviour under high energy ultraviolet radiation of polytetrafluoroethylene (PTFE) : Application : insulating material for electrical apparatus

• Auteur / Autrice : Laurent Ferry
• Direction : Gérard Vigier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement ultraviolet

Cristallisation

Éthylène tétrafluoroéthylène

Résumé

L'interaction rayonnement ultraviolet-matière organique engendre, via des mécanismes d'absorption associés à des transitions électroniques, des phénomènes de dégradation qui limitent sérieusement la durabilité des matériaux. Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est un polymère semi-cristallin qui, de par sa configuration électronique, est intrinsèquement transparent aux UV. Néanmoins, lorsqu'on l'expose à un faisceau laser UV, on observe une dégradation photothermique importante, présentant un fort caractère hétérogène. Nous avons mis en évidence que la nature de cette dégradation était sensiblement affectée par l'état microstructural du polymère : morphologie cristalline, présence de charges. L'étude des relations microstructure-comportement sous rayonnement UV de forte puissance du PTFE nous a permis d'appréhender les phénomènes conduisant aux faciès de dégradation observés. Il apparaît que la dégradation résulte d'une combinaison complexe de mécanismes d'interaction : (i) des mécanismes initiateurs, la dégradation est initiée par l'absorption du rayonnement sur des sites particuliers (impuretés ou défauts situés à l'interface lamelles amorphes/lamelles cristallines, charges photoactives); (ii) des mécanismes atténuateurs, l'activation des sites d'absorption est atténuée par des phénomènes de dispersion des photons dus à la morphologie cristalline du polymère; (iii) des mécanismes amplificateurs, l'activation des sites peut être amplifiée par des phénomènes de réflexions multiples sur des empilements de lamelles. Une approche prenant en compte la diffusion du rayonnement (théorie de Mie), sa réflexion au sein de la matière (théorie des multicouches), l'échauffement et la dégradation du polymère (modèle thermique), nous a permis d'estimer l'importance de chaque mécanisme en relation avec la microstructure des matériaux.

The interaction between ultraviolet radiation and organic matter induces, via absorption mechanisms involving electronic transitions, degradation phenomena that drastically reduce the durability of materials. According to its electronic configuration, Polytetrafluoroethylene (PTFE) is a UV transparent semi crystalline polymer. However, when exposed to an excimer laser beam, PTFE is severely degraded. The damage results indoubtedly from a heterogeneous photothermal process. We evidenced that the appearance of the degradation was notably affected by the microstructural state of the polymer: crystalline morphology, addition of fillers. The study of the relationship between microstructure and behaviour under high energy UV radiation of PTFE allowed us to grasp the different phenomena that lead to the observed degradation features. It appears that the degradation results from a complex combination of several mechanisms of interaction: (i) initiatory mechanisms, the degradation is initiated by absorption of radiation in particular sites (impurities, structural defects located at the frontier between amorphous zones and crystalline zones, photoabsorbing fillers), (ii) attenuation mechanisms, the activation of absorption sites is reduced by scattering of photons due the semi crystalline nature of PTFE, (iii) amplification mechanisms, the activation of absorption sites may be emphasized by multiple reflections on stacks of lamellae. An approach, taking into account scattering (Mie theory), multiple reflections (multilayers theory), heating and degradation of polymer (thermal mode!), allowed us to estimate the relative importance of each mechanism in connection with the microstructure of the materials.