Vieillissement des polymères industriels 2

Ce chapitre présente les mécanismes de photo- et de thermo-oxydation du polyéthylène. Les principaux traceurs des phénomènes d’oxydation sont rappelés, ainsi que la plupart des méthodes usuelles de suivi du vieillissement. Il aborde également les questions portant sur la représentativité des essais de vieillissement accéléré, en particulier lié à l’élévation d’intensité lumineuse.

Les différentes formulations de PVC plastifiés puis leurs dégradations chimiques et physiques observées au cours de leur vieillissement sont décrites. Les mécanismes de dégradation de la macromolécule de PVC et de migration des plastifiants, ainsi que les facteurs les influençant sont détaillés. Des exemples de vieillissement du PVC plastifié dans plusieurs applications de la vie courante sont finalement présentés.

La thermo-oxydation des polyamides est un processus radicalaire en boucle fermée. Il se distingue du mécanisme observé sur les polyoléfines par l’absence d’une période d’induction (instabilité des hydroperoxydes), et par la production d’imides. L’hydrolyse comme la thermo-oxydation aboutit à des coupures de chaines et à la fragilisation du matériau.

Le polychloroprène subit une dégradation thermo-oxydante dont une des conséquences est la consommation des doubles liaisons résiduelles, conduisant à une réticulation. La relation entre vitesse de dégradation, température et épaisseur de l’échantillon est rappelée, ainsi que ses conséquences en termes de propriétés mécaniques statiques (module élastique, et allongement à la rupture notamment…) et dynamiques (fatigue).

Ce chapitre présente les polyuréthanes, via la description de la synthèse de la liaison uréthane et de la nature possible des segments constitutifs (segments souples, rigides et extenseurs) de ce type de matériaux. Sont ensuite décrits leurs procédés de fabrication et enfin les mécanismes des principaux modes de dégradation (thermique, radiolytique, photolytique, hydrolytiques et leurs effets combinés) de ces matériaux.

Le chapitre décrit l’influence des facteurs intrinsèques (relatifs au polymère) et extrinsèques (liés au milieu) sur la dégradation des polyesters susceptible de se manifester aux différentes échelles (macroscopique, microscopique et moléculaire). Il se focalise essentiellement sur deux types de polyesters : les polyhydroxyalcanoates (PHA) et les polylactides (PLA) qui font partie des polymères parmi les plus étudiés et les plus prometteurs puisqu’ils peuvent être à la fois biosourcés et biodégradables dans certaines conditions.

Les matériaux Composites à Matrice Organique (CMO) pour applications Automobiles, Aéronautiques, Navales, peuvent se dégrader suite à l’apparition de phénomènes de vieillissement, en présence d’environnements agressifs. L’objectif de ce chapitre est de passer en revue les principaux effets du vieillissement thermo-oxydant sur le comportement mécanique de composites à fibres de carbone et à matrice thermodurcissable, à travers la description d’une approche expérimentale/numérique.

Les polysiloxanes se présentent sous différentes formes (huiles, gommes et résines), au travers de multiples applications. Ils sont appréciés pour leur flexibilité, leur tenue thermique et leur stabilité chimique. La dégradation thermique des huiles entraîne une dépolymérisation. La dégradation photochimique des huiles est plutôt associée à une réticulation. Les résines réticulées présentent une post-réticulation aussi bien en vieillissement thermique que photochimique.

Les résines thermodurcissables sont des polymères de choix comme matériaux de base pour les composites à la fois robustes, résistants et légers. Ils présentent toutefois une sensibilité à l’eau pouvant conduire à une altération de leurs propriétés physico-chimiques et de leur durabilité. La compréhension du comportement à l’eau de ces matériaux réticulés, les paramètres d’influence, les mécanismes de transfert et les conséquences sur leur vieillissement font l’objet de ce chapitre.

Ce chapitre décrit le comportement à long terme de fibres synthétiques organiques employées dans des éléments de structure. Il sera focalisé sur des applications dans les cordages, mais la discussion concerne également d’autres structures fibreuses (filets, voiles, élingues). Deux paramètres clés, qui contrôlent le comportement à long terme seront considérés ici ; la résistance à un environnement humide et le fluage.

Des films polymères multicouches sont caractérisés par microscopies Raman et Infrarouge, offrant des détails sur leur structure, composition et vieillissement. La combinaison de ces deux techniques permet de comprendre les interactions entre polymères, les changements moléculaires et les réponses aux contraintes environnementales. Les sensibilités des techniques sont comparées pour différentes fonctions chimiques. La microscopie Raman offre une meilleure résolution spatiale pour les profils d’oxydation.

Ce chapitre présente en premier lieu les grandes étapes de la combustion des polymères, ainsi que les principales méthodes d’essai existantes. Il décrit également les modes d’action des différents retardateurs de flamme. Celles-ci sont illustrées pour plusieurs polymères courants. Il traite enfin de la question du vieillissement de formulations dont la performance en termes de résistance au feu doit être maintenue dans le temps.

Le développement des polymères « haute température » a été initié dans les années 1950 par l’industrie électronique et aérospatiale. Parmi ceux pouvant assurer une tenue mécanique constante à des températures élevées (200 à 300°C) et compatibles avec une mise en œuvre par RTM, les résines cyanates esters présentent un bon compromis entre les résines époxydes et les polyimides.