Comptes Rendus des JNC 20 – Ecole des Ponts ParisTech – 28-30 juin 2017 1 Comportement de la resine époxy en nanoindentation à haute température Mechanical behavior of époxy resin under high temperature nanoindentation test Bruno Passilly 1 , Olga Smerdova 2 , Pierre Zannese 1,2 , Marina Pecora 2 , Jean-Michel Roche 1 , Marco Gigliotti 2 1 : Département des Matériaux et Structures, ONERA 29 avenue de la Division Leclerc, F- 92322 Chatillon e-mail : bruno.passilly@onera.fr 2 : Département PMM, Institut Pprime, CNRS, ISAE-ENSMA, Université de Poitiers, F-86962 Futuroscope Chasseneuil, France e-mail : olga.smerdova@ensma.fr Résumé La détermination de la durée de vie de matériaux composites à matrice époxy pour l’aéronautique et en particulier pour les applications moteurs est un enjeu primordial pour la maintenance aéronautique. Durant le vol, les matériaux peuvent subir des sollicitations mécaniques assez importantes, associées à des phénomènes de dégradation tels que les réactions chimiques d’oxydation. Pour caractériser mécaniquement la matrice organique époxy et mesurer précisément ses propriétés dans des conditions proches des conditions d’usage, la technique de nano indentation est utilisée de la température ambiante jusqu’à 120°C. Cet essai consiste à appliquer un indenteur ou pointe en diamant de géométrie connue sur le matériau à caractériser et d’enregistrer simultanément la force appliquée en fonction du déplacement de l’indenteur. A l’aide de modèles analytiques simples, le module d’Young de la zone testée est déterminé. Les essais à température ambiante sont réalisés avec un appareil commercial alors qu’un prototype de nano indentation à chaud pour réaliser des essais jusqu’à 120°C sous air a été développé dans le cadre de ce travail. Le comportement mécanique des polymères étant très sensible à la température et au temps, une méthode expérimentale permettant de s’affranchir des phénomènes de fluage présents à température ambiante et à haute température est proposée. Le module d’élasticité de la résine époxy est de 3.74 GPa à température ambiante pour des temps de fluage supérieurs à 10s et baisse progressivement en fonction de la température pour atteindre 2.6 GPa à une température de 120°C sous air. Abstract The determination of service life of composite materials with époxy matrix for aeronautic applications in particular for engine applications is a major challenge for aircrafts maintenance. During flight, materials can be subjected to high mechanical solicitations, associated with degradation phenomena such as chemical oxidation. To characterize mechanical properties of époxy matrix and to measure with high accuracy material properties in conditions which are the most similar to the real operating conditions, the nanomechanical test is used from room temperature to 120°C. This test consists in applying a diamond indenter with a well known geometry into the material so as to characterize and to continuously record applying load versus indenter displacement. Young modulus of the tested aera is determined by using classical analytic models. Room temperature tests are performed with a commercial nanoindenter apparatus whereas high temperature nanoindentation apparatus has been developed in this work to perform tests up to 120°C in atmospheric conditions. The mechanical behavior of polymeric materials is highly sensitive to temperature and time, an experimental method is given to allow ignoring creep which exists at room temperature and at high temperature. Young modulus of époxy resine is roughly of 3.74 GPa for creep time up to 10 seconds in room temperature. Young modulus decreases progressively with temperature to reach 2.6 GPa at 120°C in air conditions. 1. Introduction Les aubes de soufflante utilisées sur les moteurs aéronautiques sont conçues en matériau composite à fibre de carbone et matrice organique par moulage par injection. La mise en place de ces aubes de turbine a permis un gain de masse de près de 450Kg. La matrice organique est une résine époxy, faisant partie de la famille des polymères thermodurcissables. Durant le vol, ces