Mécanismes de dégradation des enveloppes barrières pour application panneaux isolants sous vide

par Florence Dubelley

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, procédés, énergétique

Sous la direction de Lionel Flandin, Corine Bas et de Émilie Planès.

Le président du jury était Jean-Charles Majeste.

Le jury était composé de Lionel Flandin, Corine Bas, Émilie Planès.

Les rapporteurs étaient Sophie Duquesne, Jannick Duchet-Rumeau.


  • Résumé

    Le panneau isolant sous vide, PIV est principalement constitué d’un matériau de cœur nano-poreux encapsulé sous vide par une enveloppe barrière multicouche polymère-métal. Dans l’objectif d’étendre le domaine d’emploi des PIV sur le marché de l’isolation thermique du bâtiment, il est nécessaire d’améliorer les performances d’étanchéités et la résistance en température et humidité des complexes barrières métallisés, ces derniers représentant le point faible des PIV. Ce travail a pour objectif d’identifier les différentes modifications subies par ces complexes au cours de leurs fonctionnement et de déterminer les mécanismes à l’origine de leur dégradation prématurée. Des vieillissements à 70 °C et 90 %RH (conditions maximales d’utilisations identifiées pour le bâtiment français) ont été réalisés à la fois sur les composants, sur les complexes et sur les PIV pour des temps compris entre 1 et 870 jours. A l’échelle microscopique, la dégradation chimique du polyéthylène téréphtalate (PET) et de l’adhésif polyuréthane (PU) ont été étudiées par spectroscopie IR. Des marqueurs de l’hydrolyse ont ainsi pu être identifiés et ont permis de mettre en évidence la dégradation de ces deux composants au sein du complexe. L’hydrolyse ayant des répercussions directes sur les propriétés mécaniques des polymères explique la fragilisation à long terme de l’enveloppe. L’action de l’eau entraine également un gonflement et une plastification du PET, mis en évidence par mesure gravimétrique. Ces derniers peuvent entrainer des modifications de microstructure ayant des répercussions directes sur les mécanismes de transports des molécules d’eau et ainsi participer à la fragilisation du complexe. A l’échelle macroscopique, des mesures fines de retrait des films polymères ont été réalisées. Ces dernières ont été corrélées aux différentes délaminations de l’enveloppe barrière. Des analyses aux interfaces ont permis de déterminer le mode de rupture, adhésif ou cohésif.

  • Titre traduit

    Vacuum insulation panels (VIPs) : defects identification on the multilayer in order to investigate the effect of hygrothermal ageing in severe conditions


  • Résumé

    Vacuum Insulation Panels (VIPs) were already developed some time ago for low-temperature applications such as refrigerators. More recently, they have been used for the building application. They consist of a fine powder or fiber core material (fumed silica, glass fiber, PU foam) enveloped by a polymer-metal. The latter is responsible for preventing gas and water molecules from breaking the vacuum. Nevertheless, the use of VIPs for this application was limited for applications in severe conditions as for example: temperature, humidity and mechanical load. At high temperature and/or humidity, the most critical component of a VIP is the envelope: both for the tightness point of view and for its degradation. Consequently in these conditions, the vacuum was degraded and durability of the panel performance was decreased sharply.This work focuses on the degradation mechanisms of the polymer-metal envelope. The effect of hygrothermal ageing (70 °C and 90 %RH) on envelope was investigated at different scales: Microscopic: High humidity is at the origin of the hydrolysis of some components such as Polyethylene terephthalate (PET) and polyurethane adhesive (PU). Hydrolysis is directly at the origin of the changes mechanical properties, leading to embrittlement of the complex. An additional microstructural modifications was evidence in PET at high humidity and also contributes to embrittlement of the complex. Macroscopic: shrinkage of polymer film seems to be the origin of debonding in polymer-metal multilayer.

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