Plusieurs types échantillons sont réalisés au cours de ces travaux. Pour certaines analyses des échantillons de réseaux polyépoxydes sont réalisés. Pour d’autres des joints collés avec substrat en aluminium sont assemblés.
II.1. Echantillons de réseaux polyépoxydes
Plusieurs types d’échantillons sont réalisés en fonction des mesures souhaitées :
Pour les mesures gravimétriques, les résines polyépoxydes sont coulées dans un moule en silicone permettant d’obtenir des échantillons parallélépipèdes de dimension 50 x 50 x 4 mm (voir Figure 13).
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L’évaluation des propriétés mécaniques des réseaux polyépoxydes est faite par l’intermédiaire d’essais de traction. Pour cela des éprouvettes altères sont réalisées pour chacune des formulations. Les éprouvettes plates de traction aux dimensions normées 5A (norme ISO 527) sont formées par coulée de résine polyépoxyde dans un moule silicone. Les dimensions utilisées sont détaillée sur la Figure 14.
Figure 14 Dimensions des échantillons de traction
Pour les mesures par analyse mécanique dynamique (DMA), des échantillons de dimensions spécifiques sont réalisés (25 x 5 x 3 mm) à partir d’un moule en silicone (voir Figure 15).
Figure 15 Dimensions des échantillons pour mesures par DMA
Enfin, dans le cadre de cette étude des échantillons pour des essais de ténacité sont également réalisés. Le dimensionnement des échantillons de type CT (Compact Tension) est défini selon la norme ISO 13586:2000. Les dimensions sont décrites sur la Figure 16. La fissure initiale est initiée à l’aide d’une lame de rasoir.
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Figure 16 Dimensions des échantillons pour mesures de ténacité
Les réseaux sont formés dans différentes conditions de réticulation en fonction du durcisseur aminé utilisé. Ces conditions sont déterminées de manière à obtenir une réticulation complète quelle que soit la formulation. Les cycles de réticulation appliqués dans chaque cas sont résumés dans le Tableau 6, chacun comporte une première étape à basse température (inférieure à 100°C) de manière à initier la réticulation tout en limitant l’exothermie de la réaction pouvant endommager le matériau final. La deuxième étape est réalisée à haute température (supérieure à 100°C et à la température de transition vitreuse finale du matériau).
Tableau 6 Cycle de cuisson des résines polyépoxydes
Résine polyépoxyde Température
de l’étape 1 (°C) Durée de l’étape 1 (min) Température de l’étape 2 (°C) Durée de l’étape 2 (min) DER 332 + Jeffamine D400 60 180 110 420 DER 332 + Jeffamine D230 60 180 110 360 DER 332 + Jeffamine T403 60 180 120 420
Dans le cas des résines avec copolymères à blocs leur introduction induit un retard de réticulation nous obligeant à allonger la durée des différentes étapes de cuisson (voir quatrième partie).
II.2. Assemblages collés
Des assemblages collés sont réalisés pour les essais de clivage en coin et les mesures gravimétriques. Les échantillons de clivage possèdent les dimensions décrites sur la Figure
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Figure 17 Echantillon pour essai de clivage en coin
Nous avons utilisé une épaisseur de résine polyépoxyde de 450 µm. Les échantillons sont réalisés suivant le montage décrit sur la Figure 18.
Figure 18 Montage pour la réalisation des échantillons de clivage en coin
Le protocole expérimental est le suivant. Dans un premier temps, le traitement de surface du substrat adéquat est appliqué afin d’augmenter l’adhérence et la durabilité des assemblages. Ce traitement comprend un dégraissage avec du dichlorométhane suivi d’une enduction avec un promoteur d’adhésion silane à base de γ-GPS (-GlycidylPropylSiloxane). Ce primaire est préparé sous forme de solution. Les proportions en masse utilisées sont les suivantes :
40 % de cyclohexane, 40 % d’éthanol, 5 % de γ-GPS, 5 % n-butanol, 5 % 2-butoxyéthanol, 5 % eau distillée.
Le mélange est acidifié pour atteindre un pH égal à 5 par ajout d’acide acétique glacial. La solution est ensuite agitée pendant 24 heures environ avant enduction du substrat d’aluminium. Ce dernier est ensuite séché sous hotte aspirante pendant trois heures à température ambiante afin de permettre la formation d’un film organosilane au moins partiellement réticulé en surface. Une fois la surface séché il est possible de procéder au collage.
Des cales métalliques recouvertes de bande anti adhésive sont positionnées aux extrémités des éprouvettes. Le joint de colle est réticulé dans les mêmes conditions que l’adhésif massif (voir
Tableau 6 (p.52)). Pendant la cuisson, des poids de 1kg appliquent une force sur le montage
au niveau des cales d’épaisseur permettant ainsi un meilleur contrôle de l’épaisseur. Cette méthode permet de contrôler l’épaisseur à ± 50µm ce qui représente 14% d’erreur pour une épaisseur de colle de 450µm. Après réticulation les cales d’épaisseur sont retirées. Les extrémités vierges d’adhésif permettent donc une connaissance toujours précise de
54 l’écartement des substrats à l’extrémité du coin au point de contact entre le coin et les plaques d’aluminium.
Le coin utilisé pour les essais de clivage en coin possède les dimensions 30 x 25 x 3 mm avec un angle de pointe de 60° décrite selon la norme ISO 14444.
Des assemblages collés sont également réalisés pour des mesures gravimétriques. Les plaques d’aluminium 5086 sont utilisées comme substrat. Nous utilisons une épaisseur d’adhésif de 200 ou 450 µm. Les dimensions sont détaillées sur la Figure 19.
Figure 19 Dimensions des échantillons d'assemblages collés pour mesures gravimétriques
Deux traitements de surface sont testés. Le premier comprend un simple dégraissage au dichlorométhane et le second un dégraissage suivi d’une enduction avec un promoteur d’adhésion silane à base de γ-GPS ‘décrit précédemment).
Des cales métalliques sont également utilisées dans ce cas pour un meilleur contrôle de l’épaisseur. Les échantillons sont ensuite découpés de manière à obtenir les dimensions désirées.
II.3. Conditions de vieillissement
Pour chaque type d’analyse, de 4 à 5 échantillons de réseaux polyépoxydes ou d’assemblages collés sont réalisés par vieillissement.
Les échantillons sont vieillis dans différentes conditions résumées dans le Tableau 7.
Tableau 7 Conditions de vieillissement hygrothermique
Condition de
vieillissement Environnement humide
Température de vieillissement (°C)
A1 Immersion dans l’eau distillée 50°C
A2 75% HR 50°C
B1 Immersion dans l’eau distillée 35°C
B2 50% HR 35°C
C Immersion dans l’eau distillée 20°C