Academic literature on the topic 'Époxydes – Assemblages collés – Détérioration'

La durabilité des assemblages collés du génie civil est abordée à travers deux approches complémentaires aux échelles micro et macroscopiques. La zone interfaciale pâte de ciment / adhésif époxy est d'abord caractérisée par micro-analyse thermique (µTA) et microscopie électronique, ce qui a permis de révéler l'existence d'une interphase polymère (gradient de TG dans l'adhésif à proximité du substrat) et d'une zone de transition (pénétration du polymère dans le substrat). Par ailleurs, l'effet du vieillissement hygrothermique se traduit par la plastification du réseau époxy à court terme et par une reprise du processus de réticulation à plus long terme. La résistance mécanique des assemblages collés est ensuite étudiée au moyen d'un test de clivage. Avant vieillissement, la rupture des assemblages est généralement cohésive dans le support cimentaire. Le vieillissement hygrothermique engendre un affaiblissement de l'interface et déplace le lieu de fissuration vers la zone de transition

"Le contact entre un adhésif époxyde et la surface d'un alliage de titane peut donner lieu à d'importantes interactions. Il se crée alors dans le joint collé une interphase épaisse. La formation de cette interphase peut, sous certaines conditions de mise en oeuvre être favorisée ou limitée au maximum. Lorsqu'on mesure l'énergie de rupture de tels systèmes par le test de clivage en coin, on constate que si l'interphase s'est formée, elle affaiblit la résistance de l'assemblage. En revanche, la résistance au vieillissement hydrothermique est supérieure. Dés lors, il nous est apparu nécessaire de caractériser l'interphase sous la forme d'un réseau massique. L'étude par rhéométrie et par gravimétrie de l'adhésif pur et d'un adhésif modifié par contact avec l'alliage de titane (simulant l'interphase), sous forme massique, montre un comportement différent entre l'adhésif "non modifié" et l'adhésif "modifié" et une résistance accrue de ce dernier au vieillissement chaud/humide. "

Ce travail consiste en la réalisation à l'échelle 1 puis en l'étude des propriétés mécaniques et physico-chimiques de la liaison par adhésion des éléments en céramique avec une jonction en polymère. La réalisation d'une telle structure génère des contraintes internes dans la jonction, observées par analyses rhéologique et photoélasticimétrique et quantifiées macroscopiquement par modélisation mécanique grâce aux éléments finis. La résistance mécanique et à la corrosion chimique de la liaison soumise à différents milieux agréssifs acide et basique est analysée. Une étude de l'interface céramique/polymère est ainsi menée à l'échelle microscopique, en utilisant différents moyens de caractérisation mécanique (test de rupture) et physico-chimiques (microscopies, spectroscopies, calorimétries, mouillabilité).

Le collage structural est une technique d’assemblage de plus en plus utilisée dans le milieu industriel. Dans le domaine naval, ou plus généralement maritime, en présence d’eau de mer, la prédiction de l’effet de l’humidité sur le comportement mécanique des assemblages collés est d’une importance capitale. L’objectif de cette thèse est d’étudier la diffusion de l’eau dans un matériau adhésif époxy bicomposant et de proposer une stratégie de modélisation simplifiée du comportement mécanique d’un tel adhésif au sein d’un assemblage collé de type joint à simple recouvrement, en prenant en compte les effets du vieillissement hydrique. Tout d’abord, une analyse expérimentale de l’absorption d’eau dans l’adhésif est réalisée par gravimétrie et tomographie aux rayons X. La présence de pores dans le joint polymère permet une compréhension locale de l’évolution de la cinétique de diffusion, ce qui conduit au choix final et à la validation d'un modèle de diffusion. Ensuite, sur la base d’essais expérimentaux, le comportement à long terme de l’adhésif étudié est caractérisé pour différents niveaux d’absorption d’eau. Un modèle élément fini 1D enrichi est ensuite développé, permettant la modélisation multi-physique d’un joint à simple recouvrement, de manière robuste et efficace. Des simulations par éléments finis 2D et des essais sur assemblages sont enfin réalisés à des fins de validation
Structural bonding is an increasingly used industrial assembly technique. In the naval, or more generally maritime, field, in the presence of seawater, the prediction of the effect of humidity on the mechanical behavior of bonded assemblies is of paramount importance. The aim of this thesis is to study water diffusion in a two-component epoxy adhesive material, and to propose a simplified modeling strategy for the mechanical behavior of such an adhesive in a single-lap joint bonded assembly, considering the effects of water aging. First, experimental analysis of water absorption in the adhesive is performed using gravimetry and X-ray tomography. The presence of pores in the polymer joint allows us to understand the local evolution of diffusion kinetics, leading to the final choice and validation of a diffusion model. Then, based on experimental tests, the long-term behavior of the investigated adhesive is characterized for different amounts of absorbed water. An enriched 1D finite element model is then developed, enabling the multi-physics modeling of a single lap joint robustly and efficiently. Finally, 2D finite element simulations and tests are carried out for validation purposes

La durabilité des assemblages collés du génie civil est abordée à travers deux approches complémentaires aux échelles micro et macroscopiques. La zone interfaciale pâte de ciment / adhésif époxy est d'abord caractérisée par micro-analyse thermique (µTA) et microscopie électronique, ce qui a permis de révéler l'existence d'une interphase polymère (gradient de TG dans l'adhésif à proximité du substrat) et d'une zone de transition (pénétration du polymère dans le substrat). Par ailleurs, l'effet du vieillissement hygrothermique se traduit par la plastification du réseau époxy à court terme et par une reprise du processus de réticulation à plus long terme. La résistance mécanique des assemblages collés est ensuite étudiée au moyen d'un test de clivage. Avant vieillissement, la rupture des assemblages est généralement cohésive dans le support cimentaire. Le vieillissement hygrothermique engendre un affaiblissement de l'interface et déplace le lieu de fissuration vers la zone de transition

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

La recherche de solutions innovantes pour améliorer les performances des assemblages collés structuraux, particulièrement sensibles à l’humidité, est un défi académique à fort potentiel applicatif. Cette thèse s’inscrit donc dans ce contexte pour proposer l'élaboration de nouvelles formulations de résines polyépoxydes résistantes au vieillissement en environnement humide. La diffusion de molécules d’eau au sein de réseaux polyépoxydes provoque une diminution de leurs propriétés thermo-mécaniques et de l’adhérence lorsqu'ils sont utilisés sous forme de joints collés. L’eau se trouve alors sous forme libre ou liée par une ou plusieurs liaisons hydrogène. Les dégradations induites sont dépendantes des conditions de vieillissement (température et degré d’humidité imposé), qui influencent la cinétique de diffusion de l’eau et la quantité totale absorbée. Ces dégradations sont également intimement liées à la nature de l’adhésif époxyde utilisé. La deuxième partie de cette étude a consisté à développer des formulations de réseaux polyépoxydes permettant l’amélioration de la tenue au vieillissement grâce à l’incorporation de copolymères à blocs. Notre choix s’est porté sur des copolymères triblocs POE-POP-POE. Nous avons pu mettre en évidence la capacité des nanostructures obtenues à établir des interactions avec les molécules d’eau. Ces liaisons faibles multiples permettent de limiter les dégradations des propriétés mécaniques par l’eau. Le vieillissement des réseaux nanostructurés permet de souligner une amélioration significative de la durabilité avec une conservation des propriétés mécaniques
The research of innovations to improve the performance of structural bonded-joints, too much sensible to humid aging, is an academic key-lock with a huge impact on technologies. This thesis have been proposed within the scope of the development of new epoxy resins able to resist to aging in humid condition. Diffusion of water is responsible of the decrease of mechanical properties and the loss of adhesion properties in many structural assemblies. In this kind of hydrophilic networks, water can be free or linked by one or several hydrogen bonds. We prove that the chemical and mechanical degradations depend on aging conditions (temperature and humidity level). The diffusion kinetics and the final amount of absorbed water is also strongly dependant on the chemical nature of epoxy resin.The second part of this work deals with the development of new epoxy resins formulations allowing the improvement of durability thanks to the incorporation of blocks copolymers, such as POE-POP-POE triblocks copolymers. Their capacity to self-organize allows the creation of nanodomains capable to establish interactions with water molecules, acting as nano-tanks. The presence of water in nano-domains tends to limit the degradation of mechanical properties of the epoxy matrix. Aging of nanostructured epoxy resins emphasize considerable improvements on durability with conservation of mechanical properties

Le but de ce travail est, dans le cas du collage structural adhésif/métal, de rechercher une éventuelle modification des propriétés mécaniques de l'adhésif dans une couche proche de l'interface avec le substrat. Pour un adhésif époxy en contact avec des substrats métalliques de différentes natures, l'étude de la réticulation a été effectuée par enthalpimétrie différentielle à balayage de température et en viscoélasticimérie. Cette étude a montré que les caractéristiques thermodynamiques de la réaction de réticulation sont dépendantes de la nature du substrat métallique et de la surface de contact adhésif/métal. L'influence du métal consiste d'une façon générale en une activation de la réaction de réticulation, conduisant à une sur-réticulation de l'adhésif à proximité du substrat. En pratique, cette sur-réticulation peut se traduire par une baisse de performance des assemblages collés. Elle se manifeste par une rupture à proximité de l'interface avec le substrat, la zone sur-réticulée étant plus fragile. Par contre, ce phénomène affecte peu le comportement au vieillissement des joints collés

Les collages sont de plus en plus employés dans l'industrie. Le manque d'outils numériques fiables et efficaces pour la prédiction de la capacité de charge de ce type d'assemblage limite encore leur application. La rupture d'un joint collé est le résultat de l'évolution et de l'interaction de plusieurs process complexes de dégradation dans la couche de colle. Le modèle d'interface endommageable proposé dans cette thèse permet la modélisation de la dégradation du collage pendant toute la phase de chargement. Ce modèle, issu de ceux employés pour la modélisation de la dégradation interlaminaire dans les composites, a été implanté dans le code de calcul industriel CAST3M. Cette implantation a été validée par comparaison avec des approches de type Mécanique Linéaire de la Rupture et avec d'autres types de modèles d'interface endommageable. La difficulté, en utilisant ce type de modèle, est justement l'identification des paramètres mécanique de l'interface. Ces paramètres sont valables uniquement pour la colle, le matériau des substrats et les traitements de surface pour lesquels ils ont été identifiés. Les essais sur les structures collées sont donc pour l'instant indispensables. L'un des objectifs du travail réalisé est l'identification des paramètres. Cette identification est basée sur des mesures acoustiques non destructives des caractéristiques initiales du collage (raideurs) et sur des mesures mécaniques destructives (énergies critiques). L'objectif final de cette étude est d'avoir un outil numérique capable d'apporter la fiabilité et l'efficacité dont l'industrie a besoin pour développer davantage l'utilisation du collage comme méthode d'assemblage structural
The use of adhesive in composite and metalic components has become increasingly popular. However, the lack of reliable and effient computational tools for the prediction of the load-carrying capacity of such type of junctions have severely limited their range of application. Failure of adhesively bonded joints is the result of the evolution and interaction of several complex degradation processes in the adhesive layer. The damage interface model proposed in this study allows modelling the joints degradation during all the loading phase. This model, which originates from those employed for the analysis of delamination in composites laminates, has been implemented as a part of the finite element code CAST3M. Its implmentation was validate by comparison with Linear Fracture Mechanics models and width other damaging interface models. The difficulty, by using this type of model, is precisely the identification of the interface mechanical parameters. These parameters are valid only for the adhesive, material and the surface treatments for which they were identified. The tests on the bonded structures are thus essential. In this work, the identification of the interface parameters is based on nondestructive acoustic measures (stiffnesses) and on destructive mechanical measures (critical energies). The idenfication procedure is validated by the study of other geommetric configurations of a bonded joint. The aim of this work is to have a numerical tool able to bring the reliability and the effectiveness that the industry needs to develop the use of adhesive joints as a method of structural assembly