Consequences of oxidation on water absorption in PEEK and PEI matrices

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

Emilie Courvoisier (1, 2) , Yoann Bicaba (1) , Xavier Colin (2)

1 SAFRAN [Paris]
2 PIMM - Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux

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, 90 and 100% RH, and at three different temperatures: 30, 50 and 70°C. The oxidation products were characterized by FTIR spectrophotometry and the water transport properties were determined by water sorption experimentsin a climatic chamber or inimmersion in distilledwater. Hydroxyls, which are by far the most polar oxidation products, significantly increase the equilibrium water concentration, but also slow downthe diffusionof water intoboth 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 thewater transport properties have been established to allow the calculation of the changes in water concentration gradients in bothmaterials under their usual operating conditions.

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 humidités relatives: 10, 30, 50, 70, 90et 100% HR,et à trois températures différentes: 30,50et 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 aussi ralentissent 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.

Mots clés: PEI; PEEK; thermal oxidation; water sorption; structure/property relationships

Mots clés: PEI; PEEK; thermo-oxydation; sorption d’eau; relations structure/propriété

Domaines: Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]

Emilie Courvoisier, Yoann Bicaba, Xavier Colin. Conséquences de l'oxydation sur l'absorption d'eau dans les matrices PEEK et PEI. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420697⟩