Relations structures/propriétés des résines époxydes pour la fabrication par pultrusion de composites carbone-polyépoxyde

Structure/properties relationship of polyepoxide resins for manufacturing by pultrusion of carbon- polyepoxide composites

• Auteur / Autrice : Amélie Valette
• Direction : Daniel Taton, José Portoles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 17/07/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Eric Papon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Taton, José Portoles, Eric Papon, Christophe Baley, Frédéric Lortie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Baley, Frédéric Lortie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Détérioration

Pultrusion

Résines époxydes

Mots clés libres

Matrice époxy

Anhydride

Amorceur

Amine tertiaire

Composite

Epoxy resin

Anhydride

Catalyst

Tertiary amine

Composite

Résumé

L’objectif de ce travail de thèse consiste à identifier une ou plusieurs matrices époxydes répondant aux exigences industrielles issues de l’application des câbles électriques et compatibles avec le procédé de pultrusion. Les conditions de fonctionnement de ces câbles sont des températures de l’ordre de 150°C avec des pics d’activités compris entre 180°C et 200°C. Une amélioration des performances thermiques des matrices époxydes, telles qu’une température de transition vitreuse supérieure à 230°C, est nécessaire afin que les composites soient stable thermiquement (perte de masse inférieure à 5%) après un vieillissement dans l’air d’un an à 180°C dans une étuve. La compréhension du point de vue chimique du vieillissement thermique de ces matrices est important afin d’anticiper les profils de dégradation des composites obtenus. Un monomère trifonctionnel est associé avec différents systèmes catalytiques, afin d’étudier l’influence de leur nature sur les propriétés des matrices époxydes. Ces amorceurs sont principalement des amines tertiaires de deux types, des bicycliques telles que les guanidines ou les amidines, et des imidazoles masqués ou non. Les matrices issues de ces différentes combinaisons sont caractérisées au moyen d’analyses thermiques, thermomécaniques et rhéologiques. Les systèmes remplissant les conditions du cahier des charges sont vieillis dans une étuve pendant 120 jours à 200°C, dans le but de simuler un an à 180°C. Des composites en fibres de carbone sont produits grâce aux matrices époxydes retenues au moyen du procédé de pultrusion. Ces dernières sont constituées d’un monomère époxyde trifonctionnel, d’un co-monomère anhydride catalysés par une amidine ou un imidazolium. Ces amorceurs confèrent aux matériaux finaux les performances répondant aux exigences industrielles. Enfin, une corrélation est réalisée entre la structure chimique des amorceurs et les propriétés finales des matrices époxydes et des composites.

The objectives of this thesis is to obtain one or several epoxy resins meeting the industrial requirements imposed by the application of electrical cables and compatible with the pultrusion process. The operating conditions of theses cables are temperatures equal to 150°C with peaks of activity between 180°C and 200°C. An improvement of thermal performances of epoxy resins, such as glass transition temperature greater than 230°C, is necessary so that composites are thermally stable (weight loss lower 5%) after aging in the air during one year at 180°C in an oven. The chemical understanding of the thermal aging of these matrixes is important in order to anticipate the degradation profiles of the composites obtained. One trifunctional monomer is associate with different catalytic systems in order to study the influence of their nature on properties of epoxy resins. These catalysts are mainly tertiary amines of two types bicyclics such as guanidines or amidines ad masked or unmasked imidazoles. Epoxy resins resulting from these different combinations are characterized by thermal, thermomechanical and rheological analyses. Systems meeting the requirements of the specifications are aging in an oven during 120 days at 200°C, with the aim of simulating one year at 180°C. Carbon fibers composites are produce using epoxy resins retained by the pultrusion process. These consist of a trifunctional epoxy monomer, an anhydride hardener catalysed by amidine or imidazolium. Theses catalysts provide the final material the performances meeting industrials requirements. Finally, a correlation is realized between the chemical structure of catalysts and the final properties of epoxy resins and composites.