Vieillissement thermo-oxydant et rupture d'un EPDM

Thermo-oxidative ageing and fracture behavior of an EPDM

• Auteur / Autrice : Christopher Kartout
• Direction : Costantino Creton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/03/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Rozès, Pierre Yves Le Gac, Antonella Cristiano-Tassi, Grégory Marque
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Fayolle, Laurent Chazeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation électrochimique

Scission (chimie)

Mots clés libres

Vieillissement thermique

Epdm

Rupture

Fissuration

Scission

Fraction soluble

Thermal ageing

Epdm

Oxidation

Résumé

Les matériaux isolants des câbles électriques des centrales nucléaires sont constitués d’élastomères ayant de bonnes capacités de résistance au vieillissement, comme les copolymères d’éthylène et de propylène (EPR, EPDM, …), car leurs conditions d’utilisation les soumettent à de faibles radiations et à des températures pouvant atteindre 50°C dans le bâtiment réacteur. L’objectif de la présente thèse est de contribuer à affiner la compréhension du vieillissement des isolants des câbles, en étudiant l’évolution de la structure et du comportement de matériaux modèles. Ces matériaux sont composés d’un EPDM amorphe réticulé au peroxyde et comprenant différent taux de charges micrométriques, constituées de trihydrate d’aluminium (ATH), utilisées pour leurs propriétés anti-feu. Aucun anti oxydant supplémentaire n’a été ajouté. L’approche utilisée dans cette étude consiste à réaliser des vieillissements thermiques accélérés dans une étuve ventilée à 130°C durant 20h, 30h et 40h, puis à caractériser l’évolution de la structure des matériaux, leur résistance à la traction et à la fissuration. La caractérisation expérimentale indique que l’oxydation, induit par le vieillissement, provoque un phénomène de rupture de chaînes prédominant, dont résulte la formation d’une quantité considérable de fraction soluble. La diminution de la densité de chaînes actives associée à l’accroissement de la partie soluble du matériau, constituée de chaînes libres devenant de plus en plus courtes durant le vieillissement, entraine une perte des propriétés mécaniques et de la résistance à la fissuration.

Insulating materials of electric cables in nuclear power plants are constituted by rubbers having good ageing resistance properties, like ethylene and propylene copolymers (EPR, EPDM …), because in service these cables are submitted to low irradiation and temperatures that could reach 50°C in the reactor building. The objective of this thesis is to contribute to improve the understanding of the ageing of cables insulating materials, by studying the evolution of the structure and the behavior of models materials. These materials are constituted an amorphous EPDM crosslinked with peroxide and including different ratio of micrometric fillers, constituted of aluminum trihydrate (ATH), used for its fire retardancy properties. Any antioxidants have been added. The approach used in this study consist to realize accelerated thermal ageing in air ventilated oven at 130°C during 20h, 30h and 40h, then characterizing the evolution of the structure of the materials, their tensile and crack propagation resistance. The experimental characterization show that the oxidation, resulted from the ageing, provoke a predominant chain scission phenomenon which leads to the formation of a large quantity of soluble fraction. The decrease of the density of active chains associated with the increase of the soluble part, constituted of free chains becoming shorter during the ageing, leads to a loss of tensile strength and crack propagation resistance.