Electronic irradiation ageing in the vicinity of glass transition temperature for PEEK space applications

Vieillissement sous irradiation électronique au voisinage de la transition vitreuse température pour le PEEK en applications spatiales PEEK

Guilhem Rival (1, 2) , E. Dantras (1) , Thierry Paulmier (2)

1 CIRIMAT - Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux
2 DPHY, ONERA, Université de Toulouse [Toulouse]

Satellites in space environment are subject to several environmental constraints. In the case of polymer materials, electronic irradiations can induce premature ageing which can lead to a shorter lifetime for the satellite. Moreover, synergistic effects between temperature and irradiation can occur and enhance this ageing. A previous study showed that PolyEtherEther-Ketone (PEEK), a newly used polymer in space industry, presents great radiation tolerance properties. Nonetheless, it was necessary to investigate the influence of temperature factor on its ageing. This study focuses on the comparison of PEEK samples aged at two temperatures: room temperature and 165°C. Irradiations have been performed under high-vacuum and with a mono-energetic electron beam. They led to doses representative of 15 years of exposure to geostationary electronic environment. The comparison between both types of samples showed that increase in irradiation temperature have a significant impact on ageing kinetics. In particular, analyses revealed a higher cross-linking density for 165°C irradiated samples which has been associated with a higher recombination rate of radicals due to amorphous phase mobility increase above glass transition.

Les satellites en environnement spatial sont soumis à plusieurs contraintes environnementales. Dans le cas des matériaux polymères, les irradiations électroniques peuvent induire un vieillissement prématuré conduisant à une durée de vie plus courte pour le satellite. De plus, les effets synergiques entre la température et l'irradiation peuvent survenir et favoriser ce vieillissement. Une étude précédente a montré que PolyEtherEther-cétone (PEEK), un polymère récemment utilisé dans l'industrie spatiale, présente une grande tolérance aux radiations. Néanmoins, il a été nécessaire d'étudier l'influence de la température sur son vieillissement. Cette étude se concentre sur la comparaison d'échantillons PEEK vieillis à deux températures : température ambiante et 165°C. Les irradiations ont été effectuées sous vide et avec un faisceau d'électrons mono-énergétiques. Cela conduit à des doses représentatives de 15 ans d'exposition à l'environnement électronique géostationnaire. La comparaison entre les deux types d'échantillons a montré que l'augmentation de la température d'irradiation a un impact significatif sur la cinétique du vieillissement. En particulier, les analyses ont révélé une densité de réticulation plus élevée pour les échantillons irradiés à 165°C qui a été associée à un taux de recombinaison des radicaux plus élevé en raison d'une augmentation de la mobilité au-dessus de la transition vitreuse dans la phase amorphe.

Mots clés: IRRADIATION; PEEK; STRUCTURE-PROPERTIES RELATIONSHIP; TEMPERATURE; THERMOPLASTIC POLYMER

Mots clés: IRRADIATION; PEEK; RELATION STRUCTURE-PROPRIETES; TEMPERATURE; POLYMERE THERMOPLASTIQUE

Domaines: Polymères; Radiochimie

Guilhem Rival, E. Dantras, Thierry Paulmier. Electronic irradiation ageing in the vicinity of glass transition temperature for PEEK space applications. Polymer Degradation and Stability, 2020, 181, pp.109305. ⟨10.1016/j.polymdegradstab.2020.109305⟩. ⟨hal-02969116⟩