DURABILITE DES EPOXY – APPLICATION AU COLLAGE STRUCTURAL AERONAUTIQUE

par Justine Delozanne

Projet de thèse en Mécanique-matériaux

Sous la direction de Emmanuel Richaud.

Thèses en préparation à Paris, ENSAM , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Pimm - Laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux (laboratoire) et de TemPo : Vieillissement des polymères et matériaux organiques (equipe de recherche) depuis le 05-10-2015 .


  • Résumé

    L'allègement des structures aéronautiques conduit le groupe SAFRAN à utiliser de plus en plus massivement des composites renforcés par des fibres de carbone, dont l'assemblage peut être réalisé par rivetage ou par collage aux parties métalliques conservées. La tenue des collages est impérative pour assurer le fonctionnement nominal et la sécurité d'utilisation. L'objectif technologique de la thèse est de proposer une démarche de prédiction de la durée de vie basée sur une modélisation multi échelle. Celle-ci se décline en trois grandes étapes : 1. Etude et modélisation de la cinétique de dégradation chimique Cette étape repose essentiellement sur l'étude de la thermo-oxydation de la colle. Elle nous permettra de quantifier les principaux produits d'oxydation (susceptibles de favoriser la reprise en eau), ainsi que les produits intermédiaires provoquant leur formation, et d'estimer les paramètres cinétiques des principales réactions d'oxydation. 2. Etude des cinétiques de perméation d'eau et lien avec les évolutions structurales Cette étape conduira à décrire la cinétique d'absorption d'eau, par exemple par une cinétique de diffusion dite normale (loi de Fick) ou au contraire anormale (Langmuir), puis de relier le mécanisme et la cinétique de perméation de l'eau aux autres phénomènes de dégradation (oxydation, vieillissement par relaxation structurale) qui ont lieu lors de l'utilisation de la colle. 3. Conséquence du vieillissement physique et chimique sur les propriétés mécaniques de l'assemblage Le suivi du vieillissement d'éprouvettes assemblées (Ti/colle/Ti ou Ti/colle/composite) par exemple par des tests de clivage ou de traction cisaillement doit permettre d'établir les relations structures propriété permettant de convertir la cinétique d'évolution de la colle en endommagement mécanique (rupture adhésive, cohésive) et d'identifier des critères de fin de vie en lien avec les mécanismes de vieillissement abordés dans les deux parties précédentes.

  • Titre traduit

    AGEING OF EPOXYS USED FOR AERONAUTICAL BONDED ASSEMBLIES


  • Résumé

    In order to lighten of aeronautical structures, the SAFRAN group increasingly uses assemblies made of carbon fiber reinforced composites adhesively bonded to Titanium. The lifetime of the adhesive is thus necessary to ensure the safety of use. The aim of this thesis is to elaborate a non empirical approach for predicting lifetime basing on the multiscale modeling of degradation. Three steps are envisaged: 1. Study and modeling of chemical degradation This step mainly deals with thermo-oxidative ageing of epoxy adhesive. It aims at quantifying the main oxidation products (expected to increase the affinity with water) and intermediary products responsible for their formation such as hydroperoxides. The other aim is to estimate the kinetics and the rate constants of the main reactions of the oxidative mechanism. 2. Study of water permeation and its changes induced by aging The aim is to describe the kinetics of water uptake using the so called «normal » or « abnormal » law (corresponding respectively to Fick's law or Langmuir model) and later links this kinetics of water uptake with the other ageing phenomena such as oxidation and physical ageing likely to occur during the normal use of adhesive. 3. Study of the consequences of aging on mechanical properties of bonded assemblies The study of the mechanical behavior of aged bonded assemblies will allow end of life criteria to be determined that can be related with conversion degree of the ageing mechanisms studied on the two previous parts. In other words, the modeling approach will make possible to determine the time needed to attain the level of structural changes corresponding to unacceptable changes of mechanical properties. This work will address the case of model systems (simple epoxide/diamine mixtures) and later the case of « industrial » materials such as those made from a mixture of epoxides and being stoichiometric or not and untotally cured which is the most common case of epoxy adhesive for aeronautic structural bonding for aeronautical applications.