L influence d épaisseur d époxy sur les propriétés de revêtement tri-couches des tubes d acier

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1 UNIVERSITE M HAMED BOUGARA DE BOUMERDES FACULTE DES SCIENCES DE L INGENIEUR DEPARTEMENT GENIE DES PROCEDES INDUSTRIELS Mémoire de fin d études Spécialité : Génie des procédés industriels Option: Matériaux polymères THEME L influence d épaisseur d époxy sur les propriétés de revêtement tri-couches des tubes d acier Réalisé par : Mr.BAHI Nabil, Dr.KOUINI Benalia 1

2 Plan De Travail Introduction générale Partie bibliographique partie expérimentale résultats et discussion Conclusion générale 2

3 le revêtement tri-couche des tubes en acier utilisé dans l industrie du pétrole et de gaz, est successivement composé d une couche d époxy (Ep), d une couche d adhésif composé d un mélange d Ethylène, d Acrylate de Butyl (EBA) et d Anhydride Maléique (MA), et d une couche de Polyéthylène Haute Densité (PEHD). Chacune de ces couches assure une fonction particulière au sein du collage : - La couche d époxy sert essentiellement de primaire d adhérence. - La couche d EBA possède une fonction adhésive qui lui permet d optimiser le collage mutuel des matériaux de part et d autre de l assemblage (Ep et PEHD). - La couche de PEHD, déposée en forte épaisseur par rapport aux autres matériaux, assure quant à elle la fonction de revêtement protecteur épais. 3

4 Partie bibliographique 4

5 Partie bibliographique 1 La corrosion 2 Les polymères utilisé dans le revêtement tri-couches 3 Les techniques d application de revêtement en usine 5

6 Partie bibliographique 1) La corrosion La corrosion désigne l'altération d'un objet manufacturé par l'environnement, elle a des causes à la fois physicochimiques et mécaniques. Les exemples les plus connus sont les altérations chimiques des métaux dans l'eau (avec ou sans oxygène), tels la rouille du fer et de l'acier ou la formation de vert-de-gris sur le cuivre et ses alliages (bronze, laiton). I.2 Corrosion des métaux Dès qu un métal est en présence d oxygène, son oxydation commence instantanément. La corrosion des métaux est un phénomène naturel. En effet, à quelques rares exceptions près (l'or et plus généralement tous les métaux de la famille du platine) que l'on trouve à l'état natif naturellement. 6

7 Partie bibliographique I.3 réaliser une protection physique Cela consiste à isoler la pièce de l environnement : Il s agit dans ce cas de l enrober complètement par exemple par une couche de peinture ou de matière plastique. C est le cas de la protection extérieure tri-couches Revêtement tri-couches des pipelines 7

8 2) Les polymères utilisés dans le revêtement tri-couches 2.1 l époxy Les résines époxy sont des polymères thermodurcissables ayant la particularité de durcir irréversiblement sous l'effet de la température ou par adjonction d'un réactif. Partie bibliographique Principe de synthèse d une résine époxy à base de bisphénol-a 8

9 Partie bibliographique Exemple de réticulation d une résine époxyde 9

10 Partie bibliographique Les caractéristiques des époxy utilisés au revêtement fragile au choc (contraintes mécaniques) Dureté élevée Caractéristique d époxy Très bonne adhérence Demande une surface très bien préparée 10

11 Partie bibliographique 2.2 Le Polyéthylène haute densité: Le PEHD est le plus inerte chimiquement de tous les matériaux bruts en plastique, et par conséquent extrêmement résistant aux produits chimiques et à la corrosion Formule polyéthylène 2.3 Adhésif Son rôle principale est d accroitre l adhésion des polymères et rendre compatibles les coulages entre la couche primaire à base d époxy et la couche exterieure de PEHD. 11

12 Partie bibliographique 3) Les techniques d application d un revêtement en usine 3-1 préparation de surface Séchage Dégraissage Décapage Rugosité Dépoussiérage 12

13 Partie bibliographique 3.2 Mise en œuvre industrielle du revêtement tricouches Mise en œuvre du revêtement tricouches.

14 Partie expérimentale 14

15 Partie expérimentale 1 Essais d arrachement 2 Essai d allongement a la rupture 3 Essai de pénétration 4 Mesure de densité 5 Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) 6 Analyse thermogravimétrique (ATG)

16 Partie expérimentale 2) Essai d arrachement ce test consiste à l isolation d une bande de revêtement de 50mm de large perpendiculaire à l axe de tube à l aide d une scie à métaux et un marteau puis dégager cette bande sur un secteur suffisant à l aide d une pince pour pouvoir fixer à l extrémité de la bande dégagée quatre masses de 10 kg pour chacune. test d arrachement 16

17 Partie expérimentale 2) Essai d allongement a la rupture afin de mesurer l allongement a la rupture de PEHD prélevé de tube d acier et débarrassé de toute trace d adhésif nous avons effectué un test d allongement a la rupture sur une machine de traction de type H5KS,l expression des résultats s est fait par l expression d allongement en % à l aide de la formule : Allongement (%) = (L0-L1 /L0) x100 Machine de traction H5KS 17

18 Partie expérimentale 3) Essai de pénétration Cet essai consiste à mesurer l enfoncement d un pénétrateur dans un morceau de revêtement arraché lors l essai de résistance à l arrachement, nous avons réalisé ce test a 2 températures différentes (20-70 C) Appareille pour test de pénétration 18

19 Partie expérimentale 4) Mesure de densité Cet essai consiste à prendre l échantillon de polyéthylène et le placer dans une enceinte remplie d eau distillée, puis installer le système a pesée et attendre l affichage de résultat sur un afficheur électronique, cet essais nous l avons effectué sur trois échantillons de polyéthylène de différentes masses. Densimètre 19

20 Partie expérimentale 5) Calorimètre différentiel à balayage (DSC) Pour déterminer les températures de transition (transition vitreuse T g, ou fusion T f ), ou pour le calcul du taux de cristallinité Xc, nous avons effectué des essais de DSC avec un analyseur enthalpique différentiel de type NETZSCH phoenix 204 F1. 6) Analyse thermogravimétrique L'analyse thermogravimétrique (ATG), est une technique d'analyse thermique qui consiste à la mesure de la variation de masse d'un échantillon en fonction du temps, pour une température ou un profil de température donné. 20

21 Résultats et discussion 21

22 Résultats et discussion Essais d arrachement Allongement a la rupture Tests de pénétration La densité DSC: Propriété thermique: Tg ATG: Stabilité thermique 22

23 Résultats et discussion 1) Résultats des tests d arrachement ce test est réalisé a trois reprises dont l épaisseur de la première couches d époxy varie entre 50, 100, et 150µm. A partir des résultats obtenus nous avons tracé le graphe suivant: un graphe qui représente les la variation de la distance de revêtement arraché en fonction d épaisseur d époxy 23

24 Résultats et discussion 2) Essai d allongement a la rupture Variation d allongement en fonction de l épaisseur d époxy 24

25 Résultats et discussion L augmentation de taux d allongement a la rupture peut s expliqué par la figure ci-dessus 50 µm 100 µm 150 µm Fragilisation par allongement de la surface d époxy accrochée sur le PEHD 25

26 Résultats et discussion 3) Essai de pénétration Les résultats des tests de pénétration effectués sur trois éprouvettes de revêtement arraché dont l épaisseur d époxy varie entre 50µm-100µm et 150µm sont illustrés sur le tableau suivant: Tests de résistance à la pénétration 26

27 Résultats et discussion 4) Mesure de densité Nous avons effectué des tests de densité à l aide d un densimètre sur trois éprouvettes de polyéthylène neuf dont la masse est variable et nous avons obtenu les résultats illustrés sur le tableau suivant: Test Test1 Test2 Test3 Masse (g) Densité La densité de PEHD 27

28 Résultats et discussion 5) Le résultat de la DSC Les résultats de l essai de la DSC fait sur La poudres d époxy sont introduits dans la figure suivante : Diagramme DSC 28

29 Résultats et discussion Résultats de l ATG L évolution de la masse des primaires époxy utilisés dans cette étude a été suivie par analyse thermogravimétrique afin de détecter d éventuelles dégradations dans l intervalle de température choisi pour le préchauffage des tubes métalliques. La Figure suivante représente l évolution de la masse en fonction de la température et cela pour la poudre d époxy. Courbe ATG de poudre époxy 29

30 CONCLUSION GENERALE 30

31 CONCLUSION GENERALE Sur ce travail nous avons effectué plusieurs tests qui nous ont permis de déterminer le rôle de chaque matériau dans le revêtement tri-couche, et en particulier, nous avons varié l épaisseur de la première couche d époxy pour faire une études sur son influence sur les propriétés de revêtement tri-couches: a partir de test d arrachement on a montré que la vitesse d arrachement est inversement proportionnelle a l épaisseur d époxy ce qui signifie que l adhésion entre le revêtement et le métal augmente avec l augmentation d épaisseur d époxy Le test d allongement à la rupture nous a permis de montrer que à chaque fois l épaisseur d époxy augmente, le comportement de la bande arrachée a l allongement est proche a celle de PEHD seul Sur le test de pénétration nous avons vu que le PEHD est un élément primordial pour la résistance aux agression externe tel que la pénétration, cela est du a ses bonnes propriétés mécanique. 31

32 CONCLUSION GENERALE Et nous avons effectué un test de densité sur des plaquettes de polyéthylène qu on peut considérer comme un test préliminaire,qui nous a permis de déterminer la nature de se dernier. Et on fin nous avons réalisé des analyse en image de DSC et de l ATG qui nous a permis d étudier le comportement thermique de la poudre époxy. 32

33 Merci pour votre attention 33