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Auteur(s)
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Jacques VERDU : Docteur ès sciences - Professeur à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers de Paris - Directeur du Laboratoire de transformation et vieillissement des polymères
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Lire l’articleINTRODUCTION
L‘eau fait partie de notre environnement naturel, et donc de celui de la majorité des matériaux que nous utilisons. On connaît depuis longtemps les effets d’un milieu humide sur la corrosion des métaux, mais on a souvent les idées moins claires en ce qui concerne les matériaux polymères car ces effets peuvent se manifester de façon plus subtile et à long terme (plusieurs années), et leurs mécanismes peuvent être diversifiés (physiques ou chimiques). Il nous a paru intéressant de faire le point sur ce sujet pour au moins deux raisons. Tout d’abord, le développement des matériaux composites à hautes performances, en particulier à matrice polyépoxyde, a fait apparaître de nouveaux problèmes méconnus jusqu’alors et liés aux gonflements différentiels en régime transitoire de diffusion, problèmes qui relèvent de nouvelles approches expérimentale et théorique. Ensuite, nous commençons à recueillir les fruits d’études généralement réalisées dans les années 1970 sur le comportement à long terme des matériaux souvent appelés plastiques de spécialité (en anglais : engineering plastics), et présentant des structures susceptibles de subir une hydrolyse : polyamides, polyuréthanes, polyesters linéaires et polyesters réticulés, polycarbonates, poly(amides-imides), polyimides, etc.
Nous examinerons successivement les vieillissements physique et chimique dus à l’eau.
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Vieillissement physique par absorption d’eau
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2. Vieillissement chimique en présence d’eau. Hydrolyse
2.1 Réaction d’hydrolyse
Elle peut être schématisée comme suit :
Le groupement — X — Y — peut être latéral [par exemple ester dans le poly(acétate de vinyle) ou les polymères acryliques et méthacryliques], mais ce cas est relativement peu fréquent dans le domaine du vieillissement des matériaux industriels.
Il peut se trouver dans le squelette de la macromolécule, et, dans ce cas (le plus général), on voit que l’hydrolyse entraîne une coupure du squelette, d’où une perte, à terme, des propriétés mécaniques, d’où son importance au plan du vieillissement.
Les phénomènes d’hydrolyse ont un certain nombre de caractéristiques communes.
a) Ils sont généralement très lents à température ambiante, la vitesse de l’acte chimique élémentaire étant elle-même faible et le processus étant souvent contrôlé par la diffusion (également lente) de l’eau dans le matériau. Les effets de l’hydrolyse se manifestent donc à long terme (plusieurs mois ou plusieurs années).
b) Les effets de l’hydrolyse se superposent aux effets physiques de l’absorption d’eau 1. Les effets physiques seuls sont réver-sibles : en l’absence d’endommagement, on observe une stabilisation lorsque le matériau est parvenu à saturation (figure 8, courbe I). Par contre, les effets chimiques sont irréversibles et entraînent la disparition du palier de stabilisation dans les courbes d’évolution des propriétés...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VAN KREVELEN (D.W.) - Properties of polymers. - 1976 Elsevier p. 420-25.
-
(2) - MOREL (E.), BELLENGER (V.), VERDU (J.) - Relations structure-hydrophilie des réticulats époxyde-amine. - 4es Journées Nationales sur les Composites Paris sept. 1984 Éd. Pluralis p. 597-614.
-
(3) - BROWNING (C.E.) - The mechanism of elevated temperature property losses in high performance structural epoxy resin matrix materials after exposure to high humidity environments. - Polymers Engineering and Science (USA) 18 n 1 1978 p. 16-24.
-
(4) - McKAGUE (E.L.), REYNOLDS (J.D.), HALKIAS (J.E.) - Swelling and glass transition relations for epoxy matrix in humid environments. - J. Appl. Polymer Sci. (USA) 22 1978 p. 1 643-54.
-
(5) - BONNIAU (P.), BUNSELL (A.R.) - A comparative study of water absorption theories applied to glass-epoxy composites. - J. Composite Materials (USA) 15 1981 p. 272.
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