Rôle des interfaces et interphases dans les assemblages collés

Role of interfaces and interphases in adhesive bonded joints

• Auteur / Autrice : Magali Coulaud
• Direction : Jean-Pierre Pascault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMM - Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires (Lyon; INSA1962-1998)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Assemblages collés

Interfaces (sciences physiques)

Époxydes

Composites

Résumé

Notre objectif a été de mieux comprendre le rôle que joue chaque interface et interphase au sein des assemblages collés. Pour cela nous avons étudié différents systèmes industriels représentatifs des assemblages utilisés à l’heure actuelle dans l’aéronautique. Le collage de nos assemblages industriels sur substrats en aluminium et en alliage de titane (Ti-6Al-4V) est assuré par un primaire anti-corrosion et un adhésif, tous deux à base de formulations époxydes/amines. Pour le premier assemblage métal/métal, il s’est avéré que le primaire polymérisait lors du séchage, formant une seconde couche en plus de l’adhésif. Mais ce primaire assure une bonne adhérence entre le substrat et l’adhésif. Par contre le durcisseur était en excès dans l’adhésif sous forme d’agrégats, ce qui affaiblissait l’assemblage. Pour le deuxième assemblage métal/métal, le primaire interdiffusait dans l’adhésif conduisant à une morphologie et des propriétés identiques à celles de l’adhésif. Par contre, une séparation de phase entre le thermodurcissable et le thermoplastique présent dans la formulation, conduisant à des nodules TD dans une matrice TP, engendrait une couche thermodurcissable d’environ 1µm en contact avec la surface du substrat. C’est au niveau de cette transition morphologique que l’assemblage est le plus faible. Notre étude s’est portée aussi sur la formation d’une interphase à la surface d’un substrat composite époxyde avec fibre de carbone suite à une photo oxydation par irradiation aux ultraviolets. Il s’est avéré que la photo oxydation plastifiait la surface du substrat par coupure de chaînes et créait des structures carbonyles sur le réseau époxyde. Suite à ce traitement, la tenue mécanique de l’assemblage était meilleur.

The aim of this work was to understand the role of each interface and interphase in the adhesive bonded joints. In this way, various industrial systems mimetics of the aeronautics used adhesive joints were studied. The joining of the industrial adhesive bonded joints on the aluminium and titanium (Ti-6Al-4V) substrates is ensured by an anti-corrosion primer and an adhesive, both contening epoxy / amine formulation. For the first adhesive bonded joint metal/metal, it proved that the primer polymerized during the drying, forming a second layer addect to the adhesive one. But this primer ensures a good adherence between the substrate and the adhesive. The hardener was in excess in the adhesive under the form of aggregates, which weakened the joint. For the second metal / metal adhesive joint, the primer was interdiffused in the adhesive, leading to identical morphology and properties to the adhesive. A phase separation between the thermoset and the thermoplastic present in the formulation, leading to TD nodules in a TP matrix, generated a thermoset layer of approximately 1µm in contact with the surface of the substrate. This morphological transition is the weakness of the adhesive joint. The last study was the formation of the interphase on the surface of an epoxy with carbon fibre composite substrate following a photo-oxidation by irradiation to the ultraviolet rays. It proved that photo oxidation plasticized the surface of the substrate by cut of chains and created carbonyls structures on the epoxy network. Following this treatment, the mechanical resistance of the adhesive joint was better.