Vieillisement hygrothermique d'assemblages structuraux polyepoxy : analyse de la mobilité moléculaire par spectroscopie diélectrique dynamique

Durability of structural assemblies for space applications under hydrothermal ageing conditions

• Auteur / Autrice : Mathieu Chevalier
• Direction : Eric Dantras, Colette Lacabanne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie diélectrique large bande

Polymères -- Détérioration

Mots clés libres

Polyepoxy

Dynamique relaxationnelle

Adhésif

Spectroscopie diélectrique dynamique

Assemblage collé

Vieillissement

Résumé

Ce travail de thèse a consisté à étudier le vieillissement hygrothermique d'assemblages collés aluminium epoxy utilisés dans le secteur spatial. L'évolution des propriétés physiques, mécaniques et de la dynamique relaxationnelle dans cette configuration opérationnelle a été étudiée au cours d'un vieillissement réel en salle blanche et au cours de vieillissements accélérés. L'évolution de la contrainte à la rupture, des faciès de rupture, des transitions thermodynamiques et de la mobilité des entités associées aux modes de relaxation a été suivie au cours du vieillissement. A l'échelle macroscopique, une diminution de la contrainte à la rupture a été relevée au cours du stockage et des essais de vieillissement simulé. Une diminution de la zone de rupture cohésive a été observée. Le modèle phénoménologique de Hallberg-Peck a permis d'établir une corrélation entre les deux types de vieillissement à cette échelle. La dynamique relaxationnelle a mis en évidence des interactions physiques entre l'eau et la matrice à des niveaux localisés et délocalisé. La plastification du réseau par l'eau a été observée ainsi que des interactions locales. L'état du réseau, i. E. Vitreux ou caoutchoutique, a révélé deux types de modifications suite au vieillissement. A l'échelle locale, une description analytique a permis d'établir une corrélation entre la durée du stockage et la température des essais de vieillissement simulé.

During spacecraft integration - in clean room - materials are used under humid and thermal controlled conditions. The characterisation and the simulation of ageing phenomena in bonding assemblies are a challenge to improve their conception and their durability. One alternative is to use accelerated testing but the link between accelerated testing and true ageing is unknown. The aim of this study was to shed some light on this correlation. This study concerned a room temperature curing epoxy-amine adhesive used in aluminium assemblies. We focused on ground ageing (also called humid ageing). The experimental protocol consisted in taking samples at different ageing times in satellite integration room. The results were compared with those obtained after 7 days of accelerated testing with different hydrothermal conditions. Dielectrical, thermal and mechanical experiments were carried out. Broadband dielectric spectroscopy gave information about molecular mobility in wide temperature and frequency range. Relaxation times and activation energy associated with molecular mobility were studied. Physicochemical processes that occur into the adhesive like the glassy transition temperature Tg were studied by differential scanning calorimetry. Mechanical test was single lap shear test. The results obtained were related to the macroscopic behaviour of assemblies as a function of accelerated testing conditions or real-time ageing. Correlation of experiments data obtained for different ageing conditions - real-time ageing, accelerated testing ageing – allowed us to understand the evolution of the studied adhesive at different scale i. E. An interpretation at a molecular level was proposed.