Limites de la méthodologie d'Arrhenius pour la prévision du vieillissement thermique de matériaux polymères utilisés en câblerie

Autor: Blivet, Camille
Přispěvatelé: Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)-Institut national polytechnique Clermont Auvergne (INP Clermont Auvergne), Université Clermont Auvergne (UCA)-Université Clermont Auvergne (UCA), Université Clermont Auvergne, Pierre-Olivier Bussière, Yaël Israëli, STAR, ABES
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Chimie analytique. Université Clermont Auvergne, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UCFAC054⟩
Popis: Cross-linked polyethylene and its copolymers (XLPE, XLEPR) are the most common insulating materials used in electrical cabling. During their use, these materials are submitted to thermal ageing phenomena. The thermo-oxidation of these materials causes a degradation of their properties, including mechanical properties. The aim of this work was to determine the limits of use of lifetime prediction methodologies, based on the Arrhenius law, of this type of materials. Different methodologies (end-of-life criterion, relative conversion rate, time/temperature superposition) were used to determine the activation energy of the thermo-oxidation reaction over a wide temperature range (50 – 160 °C). Breaks in the Arrhenius law were observed for both materials at low temperatures (50 – 70 °C), leading to considerable overestimations of the lifetime. As the physical state (semi-crystalline/amorphous) of the two materials is significantly different at these temperatures, the assumption of a unique influence of the physical state on the observed deviations has been rejected. It was also observed, for the stabilised formulations, that the addition of antioxidants was responsible for Arrhenius breaks, and this at different temperatures depending on the nature of the added antioxidant. This study thus warned of the danger of using Arrhenius-type methodologies to predict the durability of polymer materials.
Le polyéthylène et ses copolymères réticulés (XLPE, XLEPR) sont les matériaux les plus utilisés en câblerie électrique en tant qu’isolants. Lors de leur utilisation, ces matériaux sont soumis à des phénomènes de vieillissement thermique. La thermo-oxydation de ces matériaux provoque alors une dégradation de leurs propriétés, notamment mécaniques. L’objectif de ce travail de thèse a été de déterminer les limites d’utilisation des méthodologies de prévision de la durée de vie, basées sur la loi d’Arrhenius, de ce type de matériaux. Différentes méthodologies (critère de fin de vie, taux de conversion relatif, superposition temps/température) ont ainsi été utilisées pour la détermination d’une énergie d’activation de la réaction de thermo-oxydation sur une large gamme de températures (50 – 160 °C). Des ruptures à la loi d’Arrhenius ont été observées pour les deux matériaux à basse température (50 – 70 °C), conduisant à des surestimations considérables de la durée de vie. L’état physique (semi-cristallin/amorphe) des deux matériaux étant sensiblement différent à ces températures, l’hypothèse d’une influence unique de l’état physique sur les déviations observées a été écartée. Il a également été observé, pour les formulations stabilisées, que l’ajout d’antioxydants était responsable de ruptures Arrhenius, et cela à des températures différentes en fonction de la nature de l’antioxydant ajouté. Cette étude a ainsi permis d’alerter sur le danger de l’utilisation des méthodologies de type Arrhenius pour la prévision de la durabilité de matériaux polymères.
Databáze: OpenAIRE
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