Contribution à l'étude du comportement mécanique dune résine epoxy-aminé aux jeunes âges : Approche physico-chimique

Contribution to the investigation of the early mechanical properties of an epoxy-amine resine : physico-chemical approach

• Auteur / Autrice : Allaoua Sadi
• Direction : Yves Mouton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1990
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Jury : Président / Présidente : Bernard Halphen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Bonnet, Christian Such, Yves Mouton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : A. Cardon, Lucien Monnerie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoélasticité

Amines

Vieillissement

Mots clés libres

Epoxy

Comportement mécanique

Age

Age

Viscoélasticité

Réticulation

Résumé

Pour mieux comprendre le comportement mécanique des polymères utilisés notamment pour la réparation de structures en béton fissurées en tant que produit d’injection, une analyse des mécanismes physico-chimiques associés à la constitution du réseau macromoléculaire est une voie intéressante. Elle a été suivie dans la présente étude à propos d’un matériau couramment utilisé dans la réparation d’ouvrages, constitué d’une résine époxyde réticulée par un durcisseur polyamine. L’étude bibliographique a montré que, si de nombreuses études avaient été faites sur le comportement et la structure du matériau considéré comme complètement réticulé, il n’existait pas de données précises sur le comportement aux jeunes âges, c‘est-t-dire entre le moment où la consistance du produit permet de le considérer comme un solide et celui où ses caractéristiques mécaniques courantes peuvent être considérées comme constantes. Au cours de l’étude expérimentale, des essais de traction ont été réalisés dans le but d’observer l’influence de l’âge du matériau (to) sur le comportement en traction du matériau aux jeunes âges. On constate alors que le module élastique à l’origine est pratiquement constant à partir de to = 20 h. Des essais de fluage sous une contrainte donnée (15 MPa), ont ensuite été menés pour étudier l’aspect différé du comportement du matériau. En analysant les résultats de ces essais pour différents âges du matériau préparé et conservé à une température de 20°C, on constate : a) que la déformation différée est en fait couplée à un vieillissement du matériau dû à l’évolution chimique et physique du réseau macromoléculaire. Les résultats expérimentaux nous ont permis de découpler l’aspect vieillissant du comportent (k(to)), de l’aspect différé propre de ce dernier dû à la contrainte mécanique (f(t-to), t-to étant la durée de sollicitation) ; b) que le vieillissement mis en évidence peut se traduire graphiquement par la construction d’une courbe maîtresse en considérant des translations horizontales et verticales ; c) qu’il apparait deux échéances caractéristiques où certains phénomènes changent de loi : to = 20 h et to = 28 h – 30 h. La première échéance (to = 20 h) correspond à l’âge où la déformation instantanée présente une valeur quasi-constante. Résultat qui confirme celui des essais de traction. La seconde (to = 28-30 h) nous a amenés à concevoir des essais complémentaires. Ainsi, pour expliciter la fonction k(TO) et voir si cette échéance n’est pas un artefact, on a effectué : a) une étude par spectrométrie infrarouge, pour essayer de corréler k(to) avec les réactions chimiques de polycondensation (conversion des cycles époxydes). La corrélation n’a pu être obtenue car la méthode manque de sensibilité et en réalité ce n’est pas le phénomène correspondant ; b) une étude par DSC de l’évolution de la température de transition vitreuse (Tg) avec l’âge du matériau (to), où l’on constate, cette fois ci, une bonne corrélation avec l’évolution des deux translations (k(to)), caractérisant le vieillissement du matériau, permettant d’obtenir la courbe maîtresse ; c) une étude par pendule de torsion qui confirme les conclusions des résultats précédents : le module G’ représentatif de la réponse élastique se stabilise aux alentours de to = 20h et le module de perte G’’ représentatif de la réponse viscoélastique affiche un changement de régime à partir de to = 28-30h. A partir de ces données on peut proposer les interprétations suivantes : L’échéance de 20 h peut être considérée, pour le matériau étudié, dans les conditions retenues (préparation, conservation et essais à 20° C, contrainte appliquée égale à 15 MPa) comme l’âge où la constitution du réseau macromoléculaire est pratiquement achevée. Seules quelques réactions chimiques considérées comme secondaires, et qui sont à l’origine de ce qu’on définit comme le vieillissement chimique (représenté par la translation verticale), restent possibles, tant que Tg n’a pas atteint une certaine valeur critique correspondant à l’âge to = 28-30 h à partir duquel on assiste à un réarrangement structural lié au fait que le matériau tend à chercher l’équilibre thermodynamique. Ceci se traduit par un vieillissement appelé vieillissement physique (représenté par la translation horizontale).