Interaction du PEKK et des composites PEKK/FC avec l'eau et le Skydrol

Alléger les avions reste une problématique majeure pour l’industrie aéronautique. Le développement de composites à matrices thermoplastiques, en remplacement des thermodurcissables, permet d’obtenir des matériaux soudables et recyclables, avec une température de service supérieure. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet PSPC HAICoPAS, porté par Hexcel et Arkema, dont le but est de concevoir des nappes de composites à matrices thermoplastiques hautes performances. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’impact de l’eau et du Skydrol (un fluide hydraulique utilisé en aéronautique) sur les propriétés des composites PEKK/FC (polyéthercétonecétone renforcé en fibres de carbone) et d’identifier les mécanismes responsables des potentielles pertes de propriétés. Pour répondre à cette problématique, l’étude porte à la fois sur la matrice PEKK seule et sur le composite PEKK/FC. Les mécanismes de transport de l’eau dans la matrice ainsi que dans le composite sont mis en évidence par gravimétrie. Les différents paramètres de transport de l’eau sont déterminés dans une gamme de températures de 30°C à 70°C, à la fois en immersion dans l’eau et par DVS pour des humidités relatives entre 10% et 90%. La diffusion de l’eau dans le PEKK seul suit une loi de Fick tandis qu’une déviation de cette loi est observée aux temps long pour le composite PEKK/FC immergé dans l’eau. La solubilité de l’eau dans le PEKK suit une loi d’Henry. Cependant, l’absorption d’eau dans le composite, en fonction de l’humidité relative, est modélisée par une loi d’Henry couplée à une loi de puissance attribuée à un phénomène de « clustering » ayant lieu dans les micro cavités. Les propriétés mécaniques de la matrice et du composite sont peu impactées par l’eau qui induit essentiellement une plastification de la matrice et qui ne semble pas impacter l’interface fibre/matrice. L’immersion de composite PEKK/FC dans le Skydrol révèle une quantité de fluide absorbé par le composite croisé [0/90] dix fois plus importante que pour l’unidirectionnel. Ce résultat est la conséquence de cavités de taille submicronique créées dans le composite [0/90] sous la forme de décohésions à l’interface fibre/matrice. Ces décohésions sont présentes uniquement au niveau des interplis des composites d’empilements croisés (0/90, ±45° ou quasi-isotropes). Leur formation est attribuée au différentiel de retrait thermique qui existe entre les fibres de carbone et la matrice PEKK, causant un champ de contraintes résiduelles post-consolidation, lors du refroidissement. Ces endommagements, très localisés, n’impactent pas les propriétés mécaniques déterminées en ILSS.