Cette thèse s'inscrit dans une thématique de recherche liée au comportement des polymères en environnement spatial. Elle présente deux objectifs : étudier le vieillissement du PolyEtherEtherKetone (PEEK) sous irradiation électronique et optimiser ses propriétés électriques afin de limiter les phénomènes de charge de surface. Pour cela, des composites PEEK / Fibres Courtes de Carbone ont été élaborés. Le seuil de percolation électrique des fibres a été déterminé à un taux volumique de 9%. Les applications spatiales du PEEK nécessitant un comportement isolant électrique, le taux de charges de 3 %vol a été sélectionné. La présence des fibres permet d’améliorer la conductivité électronique à température ambiante, même en-dessous du seuil de percolation électrique. Les matériaux ont alors été soumis à un flux d’électrons de haute énergie afin de simuler leur vieillissement en environnement spatial. L’analyse des échantillons irradiés a mis en évidence deux phénomènes de vieillissement simultanés : une réticulation de la phase amorphe et une amorphisation de la phase cristalline. L'irradiation au voisinage de la transition vitreuse (165 °C) conduit à une densité de réticulation plus importante due à un taux de recombinaison des radicaux plus élevé. Dans les composites, les fibres limitent l’amorphisation et stabilisent le comportement mécanique. Vis-à-vis des propriétés électriques, le vieillissement induit une diminution de la conductivité ionique au-dessus de Tg. Dans les composites, cette diminution est amplifiée. À température ambiante, l'irradiation à 25 °C ou à 165 °C conduit à des évolutions opposées du transport électronique associées à la compétition entre réticulation et amorphisation. Dans les composites, les fibres stabilisent l'évolution de la relaxation de potentiel et permettent toujours un écoulement plus rapide des électrons. |
This thesis is part of a research concerning the behaviour of polymers in space environment. It has two goals: to study the ageing of PolyEtherEtherKetone (PEEK) under electronic irradiation and to optimise its electrical properties in order to limit surface charge phenomena. For this purpose, PEEK / Short Carbon Fibre composites have been developed. The electrical percolation threshold of the fibres was determined at a volume content of 9 %. As space applications of PEEK require an electrical insulating behaviour, a filler content of 3 %vol was selected. The presence of the fibres improves electronic conductivity at room temperature, even below the electrical percolation threshold. Samples were then subjected to a high-energy electron beam to simulate their ageing in a space environment. Analysis of the irradiated samples revealed two simultaneous ageing phenomena: cross-linking of the amorphous phase and amorphisation of the crystalline phase. Irradiation near the glass transition (165 °C) leads to a higher cross-linking density due to a higher recombination rate of radicals. In composites, fibres limit amorphisation and stabilise the mechanical behaviour evolution. With regard to the electrical properties, ageing induces a decrease in ionic conductivity above Tg. In composites, this decrease is amplified. At room temperature, irradiation at 25 °C and at 165 °C leads to opposite evolutions in electronic transport which are associated with competition between cross-linking and amorphisation. In composites, fibres stabilize the evolution of potential relaxation and always allow a faster flow of electrons. |