Etude des phénomènes liés à la dégradation des matériaux polymères sous champ électrique en présence d'humidité

Study of phenomenon at the origin of degradation of surface of insulating polymeric materials under electric field in the presence of moisture

• Auteur / Autrice : Eric Mboungou
• Direction : Michel Fromm
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité

Polymères

Résumé

Le but de ce travail est de comprendre les phénomènes à l'origine de la dégradation de surface de matériaux polymères isolants sous champ électrique en présence d'humidité. Pour cela, nous avons réalisé un montage expérimental reproduisant en laboratoire les conditions d'utilisation des appareillages. Des matériaux à base de résines époxyde et polyester insaturé ont été étudiés. Les matériaux à base de résine époxyde diffèrent par la nature des charges minérales, tandis que ceux à base de résine polyester diffèrent par la nature de la matrice et des charges. Le séjour en immersion dans l'eau pure a montré une hydrolyse des matrices et une absorption d'eau plus importante des matériaux à base de polyester. Le comportement électrique des matériaux s'est révélé identique lorsqu'ils ne contiennent pas d'eau. Lorsqu'ils contiennent de l'eau, les performances électriques dépendent à la fois de la nature de la matrice, des charges et de la quantité d'eau présente dans les matériaux. Le vieillissement se traduit par une augmentation du courant en surface, une apparition des émissions lumineuses (plus importantes en phase sèche). L'explication de ce phénomène semble en accord avec le modèle de dégradation par la formation de bandes sèches. Les analyses en microscopie infrarouge ont montré des modifications chimiques caractérisées par la disparition des liaisons C-H des groupements éthyle et méthyle. Ce travail a mis en évidence le rôle important de l'humidité dans la dégradation des matériaux composites sous contrainte électrique. Il a permis de définir les conditions dans lesquelles la présence d'humidité peut affecter les appareillages et modifier leurs propriétés d'isolation.

The goal of this work is to understand the phenomena at the origin of the degradation of surface of insulating polymeric materials under electric field in the presence of moisture. For that, we carried out an experimental setup reproducing in laboratory the conditions of the use of equipments. Materials made by resins epoxy and unsaturated polyester were studied. The materials containing epoxy resin differ by nature of fillers while those containing resin polyester differ by nature from the matrix and fillers. The stay in immersion in pure water showed hydrolysis of the matrix and an absorption of water more important of materials containing polyester. The electric behaviour of materials appears identical when they don’t contain water. When they contain water, the electric performances depend at the same time on the nature of the matrix, the fillers and the quantity of water present in materials. Ageing is characterized by an increase of leakage current on the surface, an appearance of the light (more important in dry phases). The explanation of this phenomenon seems in agreement with the model of degradation by the formation of dry bands. The analyses in infra-red microscopy showed chemical modifications characterized by the disappearance of the C-H bonds of the ethyl and methyl groupings. This work highlighted the important role of moisture in the degradation of composite materials under electric stress. It permitted to define the conditions under which the presence of moisture can affect the equipments and modify their insulation properties.