Vieillissement radiochimique d'un réseau epoxyde
Résumé
Cette thèse a pour but d'apporter une contribution à la compréhension des mécanismes de dégradation d'une résine organique thermodure soumise à un vieillissement thermo-radiatif. Les conditions de vieillissement sont un rayonnement gamma d'intensité 2 kGy/h à une température de 120°C, sous air. la durée de vie requise est de 4 ans, ce qui implique une dose cumulée de 70 MGy.
La première étape de l'étude concerne le choix bibliographique d'une résine époxy intrinsèquement résistante aux rayonnements. Cette résine a été retenue sur des critères d'aromaticité et de température de transition vitreuse élevée. Une fois la résine formulée, la deuxième étape a été dédiée au suivi des propriétés thermiques et mécaniques sous l'influence de vieillissements thermiques et radiochimiques :
i) sous vieillissements thermiques, il est apparu que la température de transition vitreuse reste constante après 600 heures à 220°C. Par contre, une fragilisation mécanique a été observée amenant à une forte diminution des propriétés à rupture. Cette fragilisation a été attribuée à une épaisseur de couche oxydée critique de l'ordre de 30 µm.
ii) sous vieillissements radiochimiques, la même fragilisation a été constatée avec une épaisseur de couche oxydée critique similaire. Il est apparu, de plus, une diminution de la température de transition vitreuse avec la dose d'irradiation. Ceci indique que le mécanisme prépondérant de dégradation de la résine est la coupure de chaîne sous atmosphère anaérobie. Un schéma mécanistique associé à un schéma cinétique a été proposé pour décrire l'évolution de la température de transition vitreuse en fonction des conditions d'irradiation. Les paramètres du modèle cinétique ont été identifiés par RMN du solide et RPE. Le modèle a été validé pour deux débits de dose à 120°C. L'accord global entre les valeurs calculées et expérimentales est satisfaisant.
La première étape de l'étude concerne le choix bibliographique d'une résine époxy intrinsèquement résistante aux rayonnements. Cette résine a été retenue sur des critères d'aromaticité et de température de transition vitreuse élevée. Une fois la résine formulée, la deuxième étape a été dédiée au suivi des propriétés thermiques et mécaniques sous l'influence de vieillissements thermiques et radiochimiques :
i) sous vieillissements thermiques, il est apparu que la température de transition vitreuse reste constante après 600 heures à 220°C. Par contre, une fragilisation mécanique a été observée amenant à une forte diminution des propriétés à rupture. Cette fragilisation a été attribuée à une épaisseur de couche oxydée critique de l'ordre de 30 µm.
ii) sous vieillissements radiochimiques, la même fragilisation a été constatée avec une épaisseur de couche oxydée critique similaire. Il est apparu, de plus, une diminution de la température de transition vitreuse avec la dose d'irradiation. Ceci indique que le mécanisme prépondérant de dégradation de la résine est la coupure de chaîne sous atmosphère anaérobie. Un schéma mécanistique associé à un schéma cinétique a été proposé pour décrire l'évolution de la température de transition vitreuse en fonction des conditions d'irradiation. Les paramètres du modèle cinétique ont été identifiés par RMN du solide et RPE. Le modèle a été validé pour deux débits de dose à 120°C. L'accord global entre les valeurs calculées et expérimentales est satisfaisant.