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Conséquences de l’oxydation sur l’absorption d’eau dans les matrices PEEK et PEI

Consequences of oxidation on water absorption in PEEK and PEI matrices

¹ SAFRAN Composites, 33, avenue de la gare, F-91760 Itteville, France
² Laboratoire PIMM, Arts et Métiers ParisTech, 151, boulevard de l’Hôpital, F-75013 Paris, France

^* e-mail: xavier.colin@ensam.eu

Reçu : 5 Novembre 2019
Accepté : 9 Septembre 2020

Résumé

Les conséquences du vieillissement thermique sur les propriétés de transport d’eau (i.e. la solubilité et la diffusivité) dans les matrices PEEK et PEI ont été étudiées dans cinq atmosphères humides : 10, 30, 50, 70 et 90 % HR, en immersion dans l’eau distillée (correspondant en théorie à 100 % HR) et à trois températures : 30, 50 et 70 °C. Les produits d’oxydation ont été caractérisés par spectrophotométrie IRTF et les propriétés de transport d’eau ont été déterminées par des essais de sorption d’eau en enceinte climatique ou en immersion dans l’eau distillée. Les hydroxyles, qui sont de loin les produits d’oxydation les plus polaires, augmentent sensiblement la concentration d’eau à l’équilibre, mais ralentissent aussi la diffusion de l’eau dans ces deux matériaux. En revanche, la perméabilité à l’eau (qui est le produit de ces deux grandeurs) ne varie pratiquement pas pendant le vieillissement thermique. Des relations entre la structure chimique et les propriétés de transport d’eau ont été établies pour permettre le calcul des évolutions des gradients de concentration d’eau dans ces deux matériaux dans leurs conditions habituelles de fonctionnement.

Abstract

The consequences of thermal aging on the water transport properties (i.e. solubility and diffusivity) in PEEK and PEI matrices were studied in five relative humidities : 10, 30, 50, 70 and 90% RH, in immersion in distilled water (theoretically corresponding to 100% RH) and at three temperatures: 30, 50 and 70 °C. The oxidation products were characterized by FTIR spectrophotometry and the water transport properties were determined by water sorption experiments in a climatic chamber or in immersion in distilled water. Hydroxyls, which are by far the most polar oxidation products, significantly increase the equilibrium water concentration, but also slow down the diffusion of water into both materials. In contrast, water permeability (which is the product of these two quantities) remains practically constant during the course of thermal aging. Relationships between the chemical structure and the water transport properties have been established to allow the calculation of the changes in water concentration gradients in both materials under their usual operating conditions.