Thermal and radiochemical of neat and ATH filled EPDM : establishment of structure/properties relationships

• Main Author: Shabani, Amin
• Other Authors: Paris, ENSAM
• Language: fr
• Published: 2013
• Subjects: Epdm; Ath; Vieillissement; Aging
• Online Access: http://www.theses.fr/2013ENAM0015/document

La prédiction de la durée de vie des isolants en EPDM des câbles de faible à moyenne tension dans les centrales nucléaires se heurte à la méconnaissance des relations structure/propriétés mécaniques et l'absence de critères de fragilisation structuraux pertinents. Pour tenter de combler cette lacune, trois matrices EPDM chargées par 0, 33 et 100 phr de particules d'ATH vierges ou ensimées ont été réticulées par le peroxyde de dicumyle à 170°C, avant de subir un vieillissement thermique à 90, 110 et 130°C, ou radiochimique à 40°C sous 0,1, 1 et 10 kGy.h-1 dans l'air. Une approche multi-échelles a été mise en place pour déterminer l'oxydation des matrices EPDM à l'échelle moléculaire et ses conséquences aux échelles macromoléculaire et macroscopique, à l'aide de plusieurs techniques de caractérisation complémentaires : spectrophotométrie IRTF, calorimétrie différentielle, rhéométrie à l'état fondu, gonflement dans un solvant, traction uniaxiale, etc. Les relations structure-propriétés établies dans cette étude permettent d'expliquer, en autre, la dégradation des propriétés élastiques et à la rupture des matrices EPDM par coupures de chaines, et le renforcement des interphases charge/matrice sous l'action de mécanismes physico-chimiques spécifiques des conditions d'oxydation. === EPDM elastomer is widely used as the insulation of low to medium voltage electrical cables used in power plants, for which the life-time prediction has been hampered by the lack of knowledge on structure/mechanical properties, and the nonexistence of pertinent criteria of structural failure. In an attempt to fill this gap, three EPDM matrices filled with 0, 33 and 100 phr of pristine and surface treated ATH were crosslinked by dicumyl peroxide at 170°C and, subsequently, aged thermally at 90,110 and 130°C, and radiochemically under 0.1, 1 and 10 kGy.h-1, in air. A multi-scale approach was employed to analyze the oxidation of EPDM at molecular scale, and to determine its consequences at macromolecular and macroscopic scales by using several complementary characterization techniques: FTIR spectrophotometry, differential calorimetry, rheometry in melt state, swelling test, uniaxial tensile testing, etc. The structure/properties relationships established in this study are capable to explain, in particular, the alteration of elastic and fracture properties of the EPDM matrices due to chain scissions, and the reinforcement of the filler/matrix interphases induced by the specific conditions of oxidation.