Hydrothermal ageing of a galvanized steel/epoxy adhesive joint : how the joint mechanical behaviour can be related to the adhesive physico-chemical variations?
Vieillissement hygrothermique d'un assemblage acier galvanisé/adhésif époxy : évolution de la tenue mécanique en fonction de l'état physico-chimique de l'adhésif
Résumé
During hydrothermal ageing of bonded assemblies for automotive industry, several phenomena overlap, with various kinetics: adhesive degradation, polymer/metal interphase strength and its hydrolysis, substrate corrosion. All these phenomena, occurring over the hydrothermal ageing of a galvanized steel/ epoxy-dicyandiamide adhesive joint, have a physico-chemical background. Thus water spread into assemblies is at the beginning of these events, notwithstanding, chemical reactions kinetics is the one which will rule the speed of adhesive joints mechanical properties decline. A multi-scale approach has been set up to have a better understanding of ageing phenomena at the local scale of the adhesive joint. This study highlights that the loss of mechanical properties is directly related to the adhesive chemical evolution and at long term, to the substrate corrosion. The chemical evolution of the adhesive has for major origin, the hydrolysis of imine bonds in the polymer network, assisted by the adhesive plasticization. Then, a pseudo-linear relationship has been established between the variations of the adhesive BM 1480R chemical structure and the decrease of the ultimate stress in assemblies. For a physico-chemical state of the aged adhesive, failure envelops are plotted and allow to estimate the galvanized steel/epoxy adhesive joint mechanical behaviour at failure, under mixed-modes of loading.
Pendant le vieillissement hygrothermique d'assemblages collés pour l'industrie automobile, plusieurs phénomènes se superposent, avec différentes cinétiques : dégradation de l'adhésif, tenue de l'interphase polymère/métal et son hydrolyse, corrosion du substrat. Tous ces phénomènes intervenant au cours du vieillissement hygrothermique d'un assemblage acier galvanisé/adhésif époxy-dicyandiamide, sont d'origine physico-chimique. La propagation de l'eau au sein de l'assemblage est certes à l'origine de ces événements, mais ce sont bien les cinétiques des réactions chimiques qui vont gouverner la vitesse de perte des propriétés mécaniques de l'assemblage collé. Une démarche multi-échelles a ainsi été déployée afin d'avoir une compréhension des phénomènes de vieillissement à l'échelle locale du joint adhésif. Cette étude met en évidence que la chute des propriétés mécaniques (contraintes à rupture et au seuil, déplacement à rupture, énergie d'adhérence apparente) est directement liée à l'évolution chimique de l'adhésif et à long terme, à la corrosion du substrat. L'évolution chimique de l'adhésif a pour origine majeure l'hydrolyse de liaisons imines du réseau polymère, facilitée par la plastification de l'adhésif. Ainsi, une relation pseudo-linéaire a été établie entre les variations de la structure chimique de l'adhésif BM 1480R et la diminution de la contrainte à rupture des assemblages. Des enveloppes de rupture sont tracées et permettent d'estimer le comportement à rupture de l'assemblage acier galvanisé/époxy sous des sollicitations mixtes, pour un état structural de l'adhésif vieilli.
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