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Revue des Composites et des Matériaux Avancés

1169-7954
 

 ARTICLE VOL 18/1 - 2008  - pp.63-75  - doi:10.3166/rcma.18.63-75
TITRE
Caractérisation multi-échelle du vieillissement de composites fonctionnels. Applications aux propriétés d'isolation électrique ; confrontation expérience/simulation

RÉSUMÉ
L'architecture à différentes échelles de deux types de polyépoxydes renforcées par des particules minérales a été étudiée avant et après vieillissement afin de dégager les paramètres microstructuraux et morphologiques pertinents gouvernant la durabilité des propriétés macroscopiques de tels isolants électriques. En particulier, la contribution du seul vieillissement physique du réseau époxyde a pu être dissociée de la dégradation chimique sur les modifications de rigidité diélectrique des composites. Par ailleurs, l'analyse morphologique a montré que la naissance et la propagation des arborescences électriques sur les échantillons vieillis et non vieillis sont liées à des hétérogénéités morphologiques. Afin de mieux appréhender ce mécanisme à l'origine des défaillances des isolants électriques sous champ élevé, un modèle de rupture diélectrique a été développé basé sur la description du composite en termes de « réseau de fusibles ». Ce modèle s'appuie sur le maillage d'images de la morphologie d'échantillons réels et permet d'associer un chemin de claquage au couple arrangement morphologique-propriétés des phases. La comparaison des résultats expérimentaux et issus du modèle montre l'intérêt d'une telle approche dans un but prédictif.


ABSTRACT
The effect of aging on the dielectric strength of epoxy-inorganic particle composites used for insulators in the high voltage industry is reported. A DSC analysis of an insulator aged twenty years in actual service conditions indicated both a chemical degradation and a structural recovery of the polymer network. This composite exhibited however a breakdown field comparable to that of a fresh sample with the same formulation. An accelerated physical aging was thus performed which lead to a large increase in the high voltage performance of the newly processes composite over time. The balance between chemical and physical ageing will be discussed. This paper also presents a numerical investigation of the breakdown process in heterogeneous system. The method, based on the resistor-short breakdown model was improved to directly account for the real phase arrangement within the samples through SEM micrographs. The simulation furnished the explanation for the apparent disagreement, showing that the inorganic particles protect the composite in divergent fields whereas the same fillers reduced the dielectric strength in a quasi-homogeneous field.


AUTEUR(S)
L. FLANDIN

MOTS-CLÉS
élément finis, composite, électrique, endommagement, durabilité, physicochimique, époxy, expérience, simulation.

KEYWORDS
finite element analysis, composite, electrical, damage, durability, physicochemstry, epoxy, experiments, simulation, aging.

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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