Thèse soutenue

Élaboration et compréhension des propriétés adhésives de joints synthétisés par voie plasma pour l’assemblage métal-élastomère
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Auteur / Autrice : Marisol Ji
Direction : Fabienne Poncin-EpaillardLazhar Benyahia
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des polymères
Date : Soutenance le 04/06/2021
Etablissement(s) : Le Mans
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Molécules et Matériaux du Mans (Le Mans ; 2012-....) - Institut des Molécules et Matériaux du Mans / IMMM
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabienne Poncin-Epaillard, Lazhar Benyahia, Pascal Brault
Rapporteurs / Rapporteuses : Simon Bulou, Valérie Nassiet

Résumé

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Les assemblages métal-élastomère sont largement employés pour des fonctions d’étanchéité et/ou d’amortissement dans divers domaines. Les substrats métalliques sont actuellement enduits d’agents d’adhérisation contenant des produits hautement toxiques de façon manuelle et répétitive. Afin de s’'affranchir l’utilisation de ces liquides d’enduction, l'objectif de ce projet a consisté à élaborer un joint adhésif par voie plasma pour une bonne tenue mécanique de l’'assemblage avec un contrôle des propriétés physico-chimiques à l’interface.Les joints adhésifs sont synthétisés par polymérisation plasma en mode pulsé et/ou continu à partir de trois précurseurs : l’'acétylène (Ac), l’'acide acrylique (AA) et l’'anhydride maléique (AM). Ils sont étudiés grâce à un plan d’'expériences afin de définir les conditions de dépôt les plus fonctionnalisantes et réactives vis-à-vis de l’'élastomère lors de sa vulcanisation. La structure chimique du dépôt est dépendante de la puissance, du débit, de la durée du plasma et du temps de post-décharge. La combinaison des dépôts obtenus en mode continu et / ou pulsé permet d’'appréhender les mécanismes d’'adhésion mis en jeu. Ces couches modèles sont caractérisées en surface (XPS, mouillabilité, AFM) et en volume (IRTF). Bien que de structure proche, il apparaît que la nature chimique du précurseur prévaut sur celle du mode de dépôt. La deuxième partie consiste en un suivi de la vulcanisation grâce aux mesures rhéologiques de deux assemblages Al - NBR et inox - FKM. La cinétique de vulcanisation des élastomères est indépendante du joint adhésif plasma. La tenue mécanique de l’'assemblage a été mesurée via les tests de tack. Cette étude montre que le mécanisme d’adhésion dépend du type d’assemblage et du joints plasma déposé. D’'après l’'éude des effets physicochimique, chimique et thermodynamique, la cohésion de l’'assemblage Al –- NBR est interprétée par le mécanisme d’’interdiffusion à l’interphase grâce à une faible viscosité du NBR à haute température. L’'assemblage inox - FKM est plus dépendant de l’'ancrage chimique à l’'interface.Enfin, cette étude de laboratoire a été étendue à un protocole industriel préconisant le test de pelage. Les résultats confirment qu’'il est possible d’'établir une corrélation entre le pelage et la mesure du tack. Finalement, les joints plasma permettent d’'augmenter la tenue mécanique des assemblages métal-élastomère. Certains joints plasma montrent les résultats prometteurs et équivalents aux liquides d’'adhérisation.