Durability of Thermoplastic Elastomers for Marine Applications

Other titles Durabilité des élastomères thermoplastiques pour applications marines
Type Thesis
Date 2020-02-06
Language English
Other localization https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02948183/document
Author(s) Bardin Antoine1, 2
University HESAM Université
Discipline Mécanique - Matériaux
Thesis supervisor Bruno Fayolle
Thesis co-supervisor Le Gac Pierre-Yves
Mot-Clé(s) Vieillissement marin, Elastomère thermoplastique, Modèle cinétique, Relation structure-Propriété, Cristallisation induite sous déformation
French abstract

Les élastomères thermodurcissables sont aujourd’hui utilisés pour des applications d’étanchéité sur des structures en milieu marin, grâce à leurs intéressantes propriétés mécaniques et à leur résistance chimique. Les élastomères thermoplastiques (TPEs) se présentent cependant comme une alternative intéressante, dans un contexte industriel de plus en plus restrictif envers les risques chimiques. Afin de déterminer le comportement en milieu marin de ces matériaux, le vieillissement hydrolytique et oxydatif de TPEs de différentes natures a été étudié. La dégradation a notamment été caractérisée par mesure des coupures de chaînes moléculaires. Ces données ont servi de base pour le développement d’un modèle cinétique d’hydrolyse, permettant de prédire les cinétiques de coupures, en prenant notamment en compte l’effet auto-catalytique et la présence d’un stabilisant à l’hydrolyse. En parallèle, la caractérisation de l’évolution des propriétés mécaniques a permis de mettre en évidence une forte corrélation entre la masse molaire et les propriétés à rupture, généralisée à tous les TPEs et à toutes les conditions d’exposition étudiés. Finalement, des essais de DRX in situ ont montré que la chute des propriétés à la rupture est associée à l’affaiblissement du phénomène de cristallisation induite par déformation. En couplant le modèle cinétique d’hydrolyse et les relations entre coupures de chaîne et comportement mécanique, une prédiction de l’évolution des propriétés mécaniques à rupture pour toutes conditions d’exposition a pu être proposée.

Keyword(s) Marine ageing, Thermoplastic Elastomer, Kinetic model, Structure-Property relationship, Strain-Induced crystallization
Abstract

Thermoset elastomers are currently used for watertightness applications on marine structures, due to their interesting elastic properties and their important chemical resistance. However, thermoplastic elastomers (TPEs) represent an interesting alternative in an industrial context being increasingly restrictive toward chemical risks. In order to determine their behaviour in marine environment, hydrolytic and oxidative ageing of several TPEs was investigated. Degradation was particularly assessed with molecular chain scission measurement. Based on these data, a hydrolytic kinetic model predicting scissions was developed, including the autocatalytic effect as well as the use of a hydrolytic stabilizer. Meanwhile, characterization of mechanical properties change enabled to highlight strong correlation between molar mass and failure properties, including all TPEs and all exposure conditions. Finally, in situ XRD analyses showed that the failure properties loss is associated with a weakening of the strain-induced crystallization phenomenon. Coupling the hydrolytic kinetic model and the relationships between chain scissions and mechanical behaviour, a prediction of the mechanical failure properties change for all exposure conditions was proposed.

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