Influence de l’épaisseur sur la mobilité du réseau polyépoxy

Les propriétés mécaniques intrinsèques de l’adhésif en configuration assemblage collé ne sont pas modifiées par une diminution de l’épaisseur jusqu’à 100µm. Une augmenta- tion de la température T_αdu maximum du picα pour les faibles épaisseurs d’adhésif est constatée. Cette température correspond à un maximum de dissipation d’énergie méca- nique et se rapproche de la définition de la transition vitreuse calorimétrique [142]. À l’état massif, T_αet Tg sont équivalentes et égales à 55 °C. La température de transition vitreuse

du réseau polyépoxy en configuration assemblage collé est supérieure à celle de l’adhésif massif. Cette hypothèse est confirmée par l’augmentation de la température du modeβ, propre au réseau polyépoxy, dans le cas de la configuration assemblage collé. Ce résultat est conforme à l’hypothèse de rigidification du réseau polyépoxy lors d’une réticulation en présence d’un substrat métallique [59] [60] [61] [62] [63]. Lorsque l’épaisseur d’adhésif

diminue, la relaxationα est plus largement distribuée dans la partie haute température du mode. La proportion relative de chaînes polymères influencées par les substrats (interface) augmente par rapport à la proportion de chaînes non impactées ("cœur" du joint).

L’étude par AMD des assemblages collés permet de mettre en évidence l’influence de l’épaisseur d’adhésif sur les propriétés mécaniques de la structure. Les résultats indiquent une modification de la température de transition vitreuse de l’adhésif par la présence des substrats aluminium. Cette analyse de la mobilité moléculaire par l’intermédiaire des relaxations mécaniques est toutefois limitée par la sensibilité de la mesure lorsque la quantité d’adhésif devient faible : l’information sur les modes de relaxation secondaire devient inaccessible.

3.3.5 Instabilité de l’état initial

En ACD et en AMD, lorsque l’adhésif est chauffé par l’intermédiaire d’une première mon- tée en température, les thermogrammes enregistrés lors de la seconde rampe présentent des différences importantes sur la position de la transition vitreuse (ou de sa manifestation mécanique) :

– en ACD (figure 3.1), la Tg diminue de 20°C environ lorsque l’adhésif est porté à 200 °C

lors de la première rampe. Cette diminution s’accompagne d’un rajeunissement, c’est à dire un effacement des phénomènes de vieillissement physique lorsque l’adhésif est porté à une température supérieure à sa Tg. Ce phénomène est aussi constaté dans le

cas de l’adhésif non-formulé. La diminution de Tg est de 25 °C. La présence d’additifs,

notamment sous forme caoutchoutique, tel que le polybutadiène ne peut donc être responsable de cette évolution.

– en AMD (figure 3.14), T_αdiminue de 13 °C environ lorsque l’adhésif est porté à 150 °C lors de la première rampe. Cette diminution provoque un déplacement du picα qui se superpose à celui de la relaxationω. De plus, ce phénomène engendre une translation vers les basses températures de la zone de transition viscoélastique. La chute de deux décades du module conservatif G0a lieu à des températures inférieures lors de la seconde rampe en température. Enfin, une diminution de l’ordre de 15 % du module G0sur le plateau vitreux est constatée.

Le terme de "plastification" du réseau est utilisé pour qualifier cette diminution de la température de transition vitreuse et de ses manifestations. Cette plastification peut avoir différentes origines extrinsèques ou intrinsèques au réseau polyépoxy.

Dans le cas d’un phénomène d’origine externe, l’incorporation d’une molécule de petite taille15dans la matrice polymère induit une diminution des interactions entre les chaînes, induisant une diminution de la température de transition vitreuse. Ces molécules peuvent provenir de l’environnement ou des éléments de formulation. Dans le cas de cet adhésif, le phénomène de plastification a lieu en atmosphère sèche (flux d’hélium sec en ACD et flux d’azote en AMD) en l’absence d’éléments de formulation. Il ne s’agit donc pas d’un phénomène de plastification extrinsèque.

Dans le cas d’un phénomène d’origine interne, plusieurs hypothèses peuvent expliquer une diminution de Tg. La présence d’espèces non réticulées ou faiblement réticulées et de

chaînes pendantes peuvent provoquer cette plastification [21] [145]. Lors d’une première chauffe, la mobilité du réseau et de ces entités est relâchée, provoquant la diffusion de ces espèces entre les chaînes du réseau. Cette hypothèse est discutée ultérieurement car elle nécessite une étude de l’influence de la température sur ce phénomène. Enfin, l’effacement des phénomènes de vieillissement physique (présentés dans l’étude bibliographique partie 1.2.1.1) peut engendrer une forte diminution de Tg [82] [146]. Ces phénomènes sont égale-

ment étudiés dans la partie suivante.

L’état initial de l’adhésif, atteint dans des conditions imposées par les contraintes indus- trielles d’intégration des satellites, est désormais défini. La structure physique et l’architec- ture chimique de l’adhésif permettent d’expliquer les réponses du matériaux à différentes sollicitations mécaniques et diélectriques dans une large gamme de fréquence et de tempé- rature.

15. L’influence des molécules d’eau sur la transition vitreuse en est l’illustration la plus couramment étudiée [143] [144].

STATIQUE ET DYNAMIQUE DES ASSEM-

BL AGES COLLÉS

La description de l’état initial permet d’identifier des paramètres qui caractérisent la structure physique et chimique de l’adhésif. Ces paramètres sont aussi définis lorsque l’adhésif est analysé en configuration assemblage collé (en cisaillement simple recouvre- ment, SDD, CTS et AMD). L’objectif de ce chapitre est d’analyser les effets du vieillissement en cyclage thermique sur ces paramètres. Le protocole de vieillissement simulé normalisé est complexe et il induit un nombre de paramètres élevé. Afin de comprendre les effets d’un tel vieillissement, ces paramètres doivent être décorrélés les uns des autres. Les ef- fets cinétiques (vitesses de rampe, temps de paliers) sont abordés au travers de l’étude du vieillissement physique. Les effets de la température et de la pression de vieillissement sont étudiés grâce au protocole de vieillissement statique (isotherme). Ils sont ensuite comparés à ceux de l’essai normalisé de simulation du cyclage thermique.

4.1 Vieillissement physique

L’objectif de l’étude des phénomènes de vieillissement physique est double. Dans un premier temps, suite aux hypothèses sur l’instabilité de l’état initial (exposées au chapitre précédent), il s’agit de vérifier l’influence de la relaxation structurale sur la température de transition vitreuse de l’adhésif. Dans un second temps, la finalité est d’évaluer l’influence de la vitesse de refroidissement (un des paramètres des essais de cyclage thermique) sur les propriétés mécaniques et diélectriques de l’adhésif.

Cette étude consiste à engendrer différents états contrôlés de vieillissement physique de l’adhésif et à en évaluer l’incidence sur ses propriétés.