Graphene, an allotrope of carbon, has demonstrated exceptional mechanical, thermal, electronic, and optical properties. Complementary to such innate properties, structural modification through chemical functionalization or defect engineering can significantly enhance the properties and functionality of graphene and its derivatives. Hence, understanding structure-property relationships in graphene-based metamaterials has garnered much attention in recent years. In this thesis, we present molecular dynamics studies aimed at elucidating structure-property relationships that govern the thermomechanical response of interlayer-bonded graphene bilayers. First, we present a systematic and thorough analysis of thermal transport in interlayer-bonded twisted bilayer graphene (IB-TBG). We find that the introduction of interlayer C-C bonds in these bilayer structures causes an abrupt drop in the in-plane thermal conductivity of pristine, non-interlayer-bonded bilayer graphene, while further increase in the interlayer C-C bond density (2D diamond fraction) leads to a monotonic increase in the in-plane thermal conductivity of the resulting superstructures approaching the high in-plane thermal conductivity of 2D diamond (diamane). We also find a similar trend in the in-plane thermal conductivity of interlayer-bonded graphene bilayers with randomly distributed individual interlayer C-C bonds (RD-IBGs) as a function of interlayer C-C bond density, but with the in-plane thermal conductivity of the IB-TBG 2D diamond superstructures consistently exceeding that of RD-IBGs at a given interlayer bond density. We analyze the simulation results employing effective medium and percolation theories and explain the predicted dependence of in-plane thermal conductivity on interlayer bond density on the basis of lattice distortions induced in the bilayer structures as a result of interlayer bonding. Our findings demonstrate that the in-plane thermal conductivity of IB-TBG 2D diamond superstructures and RD-IBGs can be precisely tuned by controlling interlayer C-C bond density with important implications for the thermal management applications of interlayer-bonded few-layer graphene derivatives. Secondly, we report results on the mechanical and structural response to shear deformation of nanodiamond superstructures in interlayer-bonded twisted bilayer graphene (IB-TBG) and interlayer-bonded graphene bilayers with randomly distributed individual interlayer C-C bonds (RD-IBGs). We find that IB-TBG nanodiamond superstructures subjected to shear deformation undergo a brittle-to-ductile transition (BDT) with increasing interlayer bond density (nanodiamond fraction). However, RD-IBG bilayer sheets upon shear deformation consistently undergo brittle failure without exhibiting a BDT. We identify, explain, and characterize in atomic-level detail the different failure mechanisms of the above bilayer structures. We also report the dependence of the mechanical properties, such as shear strength, crack initiation strain, toughness, and shear modulus, of these graphene bilayer sheets on their interlayer bond density and find that these properties differ significantly between IB-TBG nanodiamond superstructures and RD-IBG sheets. Our findings show that the mechanical properties of interlayer-bonded bilayer graphene sheets, including their ductility and the type of failure they undergo under shear deformation, can be systematically tailored by controlling interlayer bond density and distribution. These findings contribute significantly to our understanding of these 2D graphene-based materials as mechanical metamaterials.

This research establishes a physics-based life determination model for the second generation single crystal superalloy PWA 1484 experiencing out-of-phase thermomechanical fatigue (TMF). The life model was developed as a result of a combination of critical mechanical tests, dominant damage characterization and utilization of well-established literature. The resulting life model improves life prediction over currently employed methods and provides for extrapolation into yet unutilized operating regimes. Particularly, the proposed deformation model accounts for the materials' coupled fatigue-environment-microstructure response to TMF loading. Because the proposed model is be based upon the underlying deformation physics, the model is robust enough to be easily modified for other single crystal superalloys having similar microstructure. Future use of this model for turbine life estimation calculations would be based upon the actual deformation experienced by the turbine blade, thereby enabling turbine maintenance scheduling based upon on a "retirement for a cause" life management scheme rather than the currently employed "safe-life" calculations. This advancement has the ability to greatly reduce maintenance costs to the turbine end-user since turbine blades would be removed from service for practical and justifiable reasons. Additionally this work will enable a rethinking of the warranty period, thereby decreasing warranty related replacements. Finally, this research provides a more thorough understanding of the deformation mechanisms present in loading situations that combine fatigue-environment-microstructure effects.

Les matériaux composites TRC (Textile Reinforced Concrete), consistant d'une matrice cimentaire et d'un renforcement par des textile ou fibres (en carbone, en verre ou en autre matière, …) sont souvent utilisés pour réparer ou/et renforcer les éléments structurels porteurs (dalle, poutre, colonne) d'anciens ouvrages de génie civil. Ils peuvent être également utilisés comme des éléments porteurs dans les structures neuves (éléments de préfabrications). Afin de développer des composites TRC avec de bonnes caractéristiques à température élevée, on a fait une combinaison entre les textiles de carbone qui possède une bonne capacité mécanique et une matrice réfractaire qui assurent une transmission de charge entre le textile de renforcement et les protège thermiquement contre l'action de température élevée. Le comportement thermomécanique des composites TRC de carbone est expérimentalement et numériquement étudié à l'échelle mésoscopique dans cette thèse. L'avancement scientifique sur ce sujet de thèse permettrait d'améliorer la stabilité au feu des structures qui sont renforcées par des matériaux composites TRC. Ce sujet contribuerait aux intérêts sociaux et économiques significatifs pour le génie civil dans le monde entier en général et au Vietnam en particulier. La thèse concerne la caractérisation expérimentale et modélisation numérique du comportement thermomécanique à température élevée des matériaux composites TRC à l'échelle mésoscopique. Dans une première partie expérimentale, les textiles de carbone (des produits commerciaux sur le marché), la matrice du béton réfractaire et l'interface textile/matrice ont été testés au régime thermomécanique à température constante (allant de 25 °C à 700 °C). Les résultats obtenus montrent un effet du traitement du textile sur le comportement et mode de rupture des textiles de carbone et de l'interface textile/matrice. Un modèle analytique a été également utilisé pour déterminer l'évolution des propriétés thermomécaniques des textiles de carbone en fonction de la température. Le transfert thermique dans l'éprouvette cylindrique du béton réfractaire a été réalisé pour valider les propriétés thermiques du béton réfractaire. Tous les résultats obtenus dans cette partie sont utilisés comme données pour le modèle numérique dans la partie de modélisation. La deuxième partie expérimentale explore le comportement thermomécanique des TRCs sous deux régimes : thermomécanique à température constante et thermomécanique à force constante. Deux textiles de carbone, qui ont donné les meilleures performances à température élevée, ont été choisis pour une fabrication des TRCs. Les résultats expérimentaux montrent un comportement thermomécanique avec l'écrouissage (trois ou deux phases) à température modérée et un comportement fragile à température supérieure de 500 °C. Au régime thermomécanique à force constante, deux composites TRCs peuvent résister plus long que les textiles de carbone seuls grâce à bonne isolation thermique de la matrice cimentaire. En comparant les deux résultats sur les éprouvettes de TRC, l'effet du renforcement de textile (le taux de renfort, le produit de traitement, la géométrie du textile) sur le comportement thermomécanique a été analysé. Tous les résultats expérimentaux de cette partie ont été utilisés pour valider et comparer avec ceux obtenus à partir du modèle numérique. La partie de modélisation numérique a deux buts : prédire le comportement thermomécanique global du composite TRC à partir des propriétés thermomécaniques des matériaux constitutifs ; valider le transfert thermique dans le composite en cas d'augmentation de la température pour prédire la température de rupture ou la durée d'exposition du composite [etc...] / TRC materials, consisting of a cement matrix and a reinforcement by textiles or fibers (carbon, glass or other fibre, etc) are often used to repair or/and strengthen the loading structural elements (slab, beam, column) of old civil engineering works. They can also be used as loading elements in new structures (prefabrication element). In order to develop TRC composites with good characteristics at high temperature, a combination has been made between the carbon textiles which have a good mechanical capacity and a refractory matrix which provides a load transfer between the reinforcement textiles and thermally protects them against the action of high temperature. The thermomechanical behavior of carbon TRC composites is experimentally and numerically studied at the mesoscale in this thesis. Scientific advancement on this thesis topic would improve the fire stability of structures that are reinforced by TRC composite materials. This topic would contribute to significant social and economic interests for civil engineering worldwide in general and Vietnam in particular. My thesis work concerns the experimental characterization and numerical modeling of the high temperature thermomechanical behavior of composite materials TRC at the mesoscale. In a first experimental part, the carbon textiles (commercial products on the market), the refractory concrete matrix and the textile/matrix interface were tested at constant temperature thermomechanical regime (ranging from 25 °C to 700 °C). The results obtained showed an effect of the textile treatment on the mechanical behavior and failure mode of the carbon textiles and the textile/matrix interface. An analytical model was also used to identify the evolution of thermomechanical properties of carbon textiles as a function of temperature. The thermal transfer in the cylindrical specimen was carried out to validate the thermal properties of refractory concrete. All results obtained in this part are used as input data for the numerical model in the modeling part. The second experimental part explores the thermomechanical behavior of TRCs under two regimes: thermomechanical at constant temperature and thermomechanical at constant force. Two carbon textiles, which gave the best performance at high temperature, were chosen for the manufacture of TRCs. The experimental results showed a hardening behavior with three or two phases at moderate temperature and a brittle behavior at higher temperature of 500 °C. In thermomechanical regime at constant force, two TRC composites can resist longer than carbon textiles alone thanks to good thermal insulation of refractory matrix. By comparing the two results on the TRC specimens, the effect of textile reinforcement (reinforcement ratio, treatment product and textile geometry) on the thermomechanical behavior was analyzed. All the experimental results of this part were used to validate and compare with those obtained from the numerical model. The purpose of the numerical modeling part is to predict the global thermomechanical

Inscrite dans le cadre d’un projet ANR, la thèse porte sur l’étude et le développement des revêtements poudres UV en vue du recouvrement de panneaux de bois. La thèse détaille les spécificités de ces formulations et de la technologie associée afin de constituer une bibliographie solide propre à ce domaine. Les travaux expérimentaux se basent sur des formulations modèles comprenant une résine poudre UV (uréthane diacrylate ou polyester diméthacrylate) et un photoamorceur. Une étude mécanistique permet de montrer les influences de la température et de la viscosité, de l’intensité lumineuse et de l’atmosphère sur la réactivité des formulations modèles. Il est également démontré que les mécanismes de terminaison spécifiques à ces systèmes suivent des processus mixtes: bimoléculaire, pseudo-monomoléculaire et recombinaison des radicaux primaires. La prédominance des différents processus dépend de l’avancement de la réaction. La formation du réseau de réticulation est ensuite étudiée en fonction de la source d’irradiation: convoyeur semi-industriel doté de lampes UV ou système LED émettant autour de 395 nm. Les caractéristiques du réseau de réticulation (Tg, densité de réticulation, module d’Young) sont reliées aux propriétés des revêtements finaux (flexibilité, résistance à la rayure ou au solvant). L’utilisation d’acrylates multifonctionnels a un impact sur les longueurs de chaînes et la densité de réticulation. En vue d’applications spécifiques, il est finalement proposé d’incorporer une argile modifiée avec de l’Argent au sein des formulations modèles pour obtenir des revêtements poudres UV antibactériens homogènes possédant de bonnes propriétés de résistance. / In the frame of a project of the Agency National Research (France), the thesis deals with the study and the development of UV powder coatings dedicated to wood based panels. The work describes the main features of these formulations and the associated technology in order to offer a strong bibliography specific to this area. The experiments are based on model formulations containing an UV powder resin (diacrylate urethane or dimethacrylate polyester) and a photoinitiator. A mechanistic study allows highlighting the influence of temperature and viscosity, light intensity and atmosphere on the reactivity of the model formulations. It is also shown that the termination mechanisms specific to theses systems follow mixed processes: bimolecular, pseudo-monomolecular and primary radical termination. The predominance of the different processes is related to the reaction conversion. The building of the crosslinking network is then studied depending of the irradiation source: semi-industrial conveyor equipped with UV lamps or LED system emitting around 395 nm. The characteristics of the crosslinking network (Tg, crosslinking density, Young’s modulus) are linked to the final coatings properties (flexibility, scratch and solvent resistance). The incorporation of multifunctional acrylates affects the chains length and crosslinking density. To reach specific applications, it is finally proposed to add a silver-modified clay into model formulations to obtain homogeneous antibacterial UV powder coatings exhibiting good resistance properties.

Lors de cette étude, il a été étudié l'influence de l'ajout de microparticules de polymère réticulé (CPM) dans des formulations d'époxy-amine, sur la cinétique, la morphologie et les propriétés thermo-mécaniques des réseaux finaux obtenus. Tout d'abord, un protocole simple, robuste et bien contrôlé a été développé afin d’ obtenir une large gamme de taille de CPM, de Tg et de fonctionnalité amine. Ce protocole de polymérisation par précipitation, basé sur les phénomènes de séparation de phases, a également été appliqué à différentes compositions chimiques et différents monomères époxy hydrosolubles, ceci montrant les grandes possibilités de cette méthode. Une bonne interface entre les CPMs et la matrice a été recherchée en synthétisant les CPMs en excès de groupes amines. La quantification de ces groupes amines réactifs sur les CPMS était d'un grand intérêt et a donc été étudiée en profondeur. Le titrage des amines de surface a été réalisé en mettant au point un nouveau protocole qui a permis la quantification des amines primaires et secondaires sur les CPMs. Il a ensuite été mis en évidence que, bien que ces microparticules réticulées ne soient pas poreuses, des fonctions amines sont disponibles au cœur des particules et peuvent réagir avec d'autres molécules qui sont capables de diffuser dans la CPM. Il a été montré que lorsque les CPM ont été dispersées dans des mélanges d'époxy- amine, la diffusion des monomères dans le cœur de la CPM s'est produite mais différemment selon le procédé de dispersion. En effet, en utilisant le tétrahydrofurane comme solvant pour aider à la dispersion, la diffusion de la DGEBA est amplifiée et modifie les propriétés thermo-mécaniques du réseau final en modifiant le rapport stœchiométrique de la matrice. Le même phénomène a été observé mais moins amplifié lorsque les microparticules sont uniquement dispersées mécaniquement. En dispersant les CPMs dans l'amine qui est l'agent réticulant, on observe l'absorption complète de l'amine au coeur des CPMs, conduisant ainsi à la désorption de celle-ci dans une deuxième étape, permettant de créer le réseau. Ainsi, un comportement très complexe des CPM a été mis en évidence en présence des monomères et/ou solvant : le gonflement et les phénomènes de diffusion qui dépendent d'un certain nombre de paramètres tels que la température, la densité de réticulation des CPM, les paramètres de solubilité, etc. L'intensité du phénomène de diffusion conduit à une variété de comportements lorsque les CPMs sont ajoutées dans une formulation d'époxy-amine tels que: (a) une légère diminution du temps de gélification et l'augmentation de la conversion, (b) la modification de la température de transition vitreuse de la matrice. / Throughout this work, the influence of the addition of cross-linked polymer microparticles (CPMs) in epoxy-amine formulations on the kinetics, morphology and thermo-mechanical properties of the final networks have been investigated. First, an easy, robust and well-controlled protocol was developed to obtain a large range of CPM size, Tg and amine functionality. This protocol based on reaction induced phase separation via precipitation polymerization was also applied to different chemistries and water soluble epoxy pre-polymers showing the large possibilities of this method. The capacity of obtaining a good compatibility between the CPMs and the matrix was ensure by synthesizing the CPMs in excess of amino groups. The study of the remaining reactive amino groups on the CPMS was of great interest and therefore deeply investigated. The titration of the surface amine was performed by developing a new protocol that enabled the quantification of primary and secondary amines on CPMs. It was then highlighted that even though these cross-linked microparticles were not porous, amino groups are available into the core and can react with other molecules that are able to diffuse into the CPM core. It was shown that when CPMs were dispersed into epoxy-amine blends, the diffusion of monomers into the CPM core occurred but differently depending on the dispersion process. Indeed, using tetrahydrofuran as solvent to help for the dispersion increased the diffusion of DGEBA into the CPM core and changed the thermo-mechanical properties of the final network by modifying the stoichiometric ratio of the matrix. Same phenomenon was observed but less amplified when CPMs were mechanically dispersed in DGEBA. Regarding the dispersion of CPMs in the amine cross-linker, IPD, its complete absorption could be observed into the CPMs, leading then to the desorption of IPD to create the network. Thus, a very complex behavior of CPMs was highlighted in presence of monomers or/and solvent: swelling and diffusion phenomena that are dependent on a number of parameters such as temperature, CPM cross-link density, solubility parameters, etc. The intensity of those phenomena leads to a variety of behaviors when CPMs are added into an epoxy-amine formulation: (a) slight decrease of gel times and increase of conversion, (b) modification of glass transition temperature of the matrix.

Tesis por compendio / [ES] El principal objetivo de la presente tesis doctoral se ha centrado en la obtención, desarrollo y optimización de formulaciones de poliamida de origen renovable con aditivos que mejoren las propiedades mecánicas, morfológicas, térmicas, termomecánicas y de comportamiento frente al fuego. En una primera fase se ha trabajado con mezclas de poliamida con un origen parcial biológico obtenido de la reacción del ácido dicarboxílico del aceite de ricino con la 1,6-hexametilendiamina (HMDA) derivada del petróleo mediante policondensación. De esta manera se obtiene una BioPA 610 con un contenido bio entre el 60-63% en peso. Esta PA610 se combinó con nanotubos de Halloysita (HNTs) en diferentes cargas para evaluar su efecto en la matriz y sus propiedades. Se obtuvo un gran aumento de rigidez con la incorporación de carga en la matriz polimérica además de un ligero aumento de la dureza. Las propiedades morfológicas muestran una buena dispersión de los nanotubos en el material. En cuanto a las propiedades térmicas los HTNs no suponen una gran variación de las características con respecto al polímero base. Los resultados termomecánicos muestran un gran aumento en el módulo de almacenamiento. Por otro lado, se estudiaron las propiedades de comportamiento frente al fuego de las mezclas de PA610 y HNTs mediante las técnicas del cono calorimétrico, índice límite de oxígeno (LOI), opacidad y toxicidad de los gases producidos, poder calorífico de combustión y ensayo UL-94. De los resultados obtenidos se aprecia una buena reducción del calor liberado con el aumento de carga de HNTs, una ligera disminución en el valor del LOI. En cuanto a la opacidad del humo desprendido, la presencia de HNTs no afecta demasiado en la liberación del humo, pero sí se obtiene una buena reducción del CO2 desprendido durante la combustión del material. El poder calorífico muestra una disminución de hasta 10 MJ/Kg con respecto a la PA610 sin aditivo. Por último, el ensayo de UL-94 no supone variación de resultados en las diferentes muestras analizadas. En una última fase se trabajó con grafito expandido (EGr) combinado dentro de la matriz polimérica de poliamida 1010 de origen biológico obtenida 100% de fuentes renovables. En esta fase se incorporaron cargas de EGr entre 2,5% y 10% en peso. Se estudiaron propiedades mecánicas, térmicas y termomecánicas, así como el análisis del color, morfología, hidrofobia, captación de agua y su comportamiento frente al fuego. Mecánicamente se apreció una gran mejora en la rigidez del material. En las propiedades térmicas se mejoró el grado de cristalinidad del material. El análisis termomecánico mostró un aumento en el módulo (E) y en el módulo de almacenamiento (E'). El estudio de la hidrofobia y la captación de agua dio como resultado una reducción en la absorción de agua y un aumento de la hidrofobicidad del material. Por último, en cuanto a las propiedades del material frente al fuego, se consiguió reducir en gran medida la liberación de calor emitido. El valor del índice límite de oxígeno se reduce ligeramente y el ensayo de la UL-94 muestra una mejora de V-2 a V-1 en la clasificación del compuesto con la incorporación de EGr frente al polímero sin aditivar. / [CA] El principal objectiu de la present tesi doctoral s'ha centrat en l'obtenció, el desenvolupament i l'optimització de formulacions de poliamida d'origen renovable amb additius que millorin les propietats mecàniques, morfològiques, tèrmiques, termomecàniques i de comportament davant del foc. En una primera fase s'ha treballat amb barreges de poliamida amb un origen parcial biològic obtingut de la reacció de l'àcid dicarboxílic de l'oli de ricí amb la 1,6-hexametilendiamina (HMDA) derivada del petroli mitjançant policondensació. D¿aquesta manera s'obté una BioPA 610 amb un contingut bio entre el 60-63% en pes. Aquesta PA610 es va combinar amb nanotubs de Halloysita (HNTs) en diferents càrregues per avaluar el seu efecte a la matriu i les seues propietats. Es va obtenir un gran augment de rigidesa amb la incorporació de càrrega a la matriu polimèrica a més d'un lleuger augment de la duresa. Les propietats morfològiques mostren una bona dispersió dels nanotubs al material. Quant a les propietats tèrmiques, els HTNs no suposen una gran variació de les característiques respecte al polímer base. Els resultats termomecànics mostren un gran augment en el mòdul d'emmagatzematge. D'altra banda, es van estudiar les propietats de comportament davant del foc de les barreges de PA610 i HNTs mitjançant les tècniques del con calorimètric, índex límit d'oxigen (LOI), opacitat i toxicitat dels gasos produïts, poder calorífic de combustió i assaig UL-94. Dels resultats obtinguts s'aprecia una bona reducció de la calor alliberada amb l'augment de càrrega de HNTs, una lleugera disminució al valor del LOI. Quant a l'opacitat del fum desprès, la presència de HNTs no afecta gaire en l'alliberament del fum, però sí que s'obté una bona reducció del CO2 desprès durant la combustió del material. El poder calorífic mostra una disminució de fins a 10 MJ/Kg respecte de la PA610 sense additiu. Finalment, l'assaig d'UL-94 no suposa variació de resultats a les diferents mostres analitzades. En una darrera fase es va treballar amb grafit expandit (EGr) combinat dins de la matriu polimèrica de poliamida 1010 d'origen biològic obtinguda 100% de fonts renovables. En aquesta fase es van incorporar càrregues d'EGr entre el 2,5% i el 10% en pes. Es van estudiar propietats mecàniques, tèrmiques i termomecàniques, així com l'anàlisi del color, la morfologia, la hidrofòbia, la captació d'aigua i el seu comportament davant del foc. Mecànicament es va apreciar una gran millora en la rigidesa del material. A les propietats tèrmiques es va millorar el grau de cristal·linitat del material. L'anàlisi termomecànica va mostrar un augment al mòdul (E) i al mòdul d'emmagatzematge (E'). L'estudi de la hidrofòbia i la captació d'aigua va donar com a resultat una reducció de l'absorció d'aigua i un augment de la hidrofobicitat del material. Finalment, quant a les propietats del material davant del foc, es va aconseguir reduir en gran mesura l'alliberament de calor emesa. El valor de l'índex límit d'oxigen es redueix lleugerament i l'assaig de la UL-94 mostra una millora de V-2 a V-1 a la classificació del compost amb la incorporació d'EGr davant del polímer sense additivar. / [EN] The main objective of this doctoral thesis has focused on obtaining, developing and optimizing polyamide formulations of renewable origin with additives that improve the mechanical, morphological, thermal, thermomechanical and fire behavior properties. In a first phase, has been carried out an experimental with polyamide mixtures with a partial biological origin obtained from the reaction of the dicarboxylic acid of castor oil with 1,6-hexamethylenediamine (HMDA) derived from petroleum by means of polycondensation. In this way, a BioPA 610 with a bio content between 60-63% by weight is obtained. This PA610 was combined with Halloysite nanotubes (HNTs) at different loadings to evaluate its effect on the matrix and its properties. A large increase in stiffness was obtained with the incorporation of filler in the polymeric matrix in addition to a slight increase in hardness. The morphological properties show a good dispersion of the nanotubes in the material. Regarding the thermal properties, the HTNs do not imply a great variation of the characteristics with respect to the base polymer. The thermomechanical results show a large increase in the storage modulus. On the other hand, the fire behavior properties of the mixtures of PA610 and HNTs were studied using the calorimetric cone techniques, limit oxygen index (LOI), opacity and toxicity of the gases produced, calorific value of combustion and UL-94 test. From the results obtained, a good reduction of the heat released with the increase in the load of HNTs, a slight decrease in the value of the LOI, can be seen. Regarding the opacity of the smoke released, the presence of HNTs does not affect the release of smoke too much, but a good reduction of the CO2 released during the combustion of the material is obtained. The calorific power shows a decrease of up to 10 MJ/Kg with respect to PA610 without additive. Lastly, the UL-94 test does not assume any variation in results in the different samples analysed. In a final phase, expanded graphite (EGr) combined within the polyamide 1010 polymeric matrix of biological origin obtained 100% from renewable sources was worked on. In this phase, EGr loads between 2.5% and 10% by weight were incorporated. Mechanical, thermal and thermomechanical properties were studied, as well as the analysis of color, morphology, hydrophobicity, water uptake and its behavior against fire. Mechanically, a great improvement in the rigidity of the material was appreciated. In the thermal properties, the degree of crystallinity of the material was improved. The thermomechanical analysis showed an increase in the modulus (E) and in the storage modulus (E'). The study of hydrophobicity and water uptake resulted in a reduction in water absorption and an increase in the hydrophobicity of the material. Finally, regarding the properties of the material against fire, it was possible to greatly reduce the release of emitted heat. The value of the oxygen limit index is slightly reduced and the UL-94 test shows an improvement from V-2 to V-1 in the classification of the compound with the incorporation of EGr compared to the polymer without additives. / This research was funded by the Ministry of Science, Innovation, and Universities (MICIU) project numbers MAT2017-84909-C2-2-R and AGL2015- 63855-C2-1-R. Project funded with grant number PID2020-116496RB-C22 funded by the Ministry of Science and Innovation MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and grant number AICO/2021/025 funded by Generalitat Valenciana. AITEX wants to thank CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial) within the framework of grants for Technological Centres of Excellence “Cervera” (CER- 20211013). The author would like to thank the INTERREG SUDOE NABITEX project (SOE2/P1/P0524) for allowing him to participate in it as part of his training. / Marset Gimeno, D. (2022). Desarrollo y optimización de formulaciones de poliamida de origen renovable con comportamiento ignífugo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185134 / Compendio

La plupart des couches d'isolation de câbles pour la moyenne tension "MV" et haute tension "HV" sont fabriquées en polyéthylène réticulé (XLPE) par voie peroxyde. L'impact des sous-produits de réaction sur les propriétés et la nécessité d'une étape de dégazage au cours du processus sont les principaux problèmes liés à cette technologie. Cette étude se concentre sur le développement d'une méthode de réticulation alternative sans les problèmes liés aux sous-produits. Des copolymères d’éthylène/époxy ont été réticulés thermiquement en utilisant un agent aminoacide pour créer des liaisons covalentes entre les fonctions époxydes. L’influence de différents paramètres sur la cinétique de réaction tels que la température de réticulation, les proportions aminoacide/époxy, la taille des particules de l’aminoacide et la teneur en époxy dans les copolymères a été étudiée par techniques de caractérisation telles que : rhéologie dynamique, spectrométrie FTIR, microscopie à balayage électronique et calorimétrie différentielle. En outre, l'étude de la structure du réseau avant et pendant un vieillissement thermique a été effectuée par différentes techniques (mesures de gonflement, spectroscopie FTIR, propriétés de traction et thermoporosimétrie) sur deux types de réseaux : un pré-contraint et un autre non-contraint. Enfin, une caractérisation des propriétés électriques par spectroscopie diélectriques et mesures de claquage électrique a été faite. Les résultats concernant les cinétiques de réaction, les propriétés thermomécaniques et le comportement électrique ont montré que la formulation développée dans cette étude peut être utilisée pour une application de câble. / Most of insulation layers of cables for medium voltage “MV” and high voltage “HV” applications are made of crosslinked polyethylene (XLPE) by peroxide technology. The impact of reaction by-products on properties and the consequential need of a degassing stage during the process are the main problems related to this technology. This study focuses on the development of an alternative crosslinking method without by-products issues. Epoxy-ethylene copolymers were thermally crosslinked by using an amino-acid agent to create covalent cross-links between epoxide functions. Influence of several parameters on kinetic reactions such as crosslinking temperature, amino acid/epoxy proportions, size particle of amino acid and epoxy content in copolymers were studied by characterization techniques such as: dynamic rheology, FTIR spectrometry, SEM microscopy and differential calorimetry. In addition, study of the network structure before and during a thermal aging was done on a pre-constrained and a non-constrained network by different techniques (swelling ratio measurement, FTIR spectroscopy, tensile properties and thermoporosimetry analysis). Finally, a characterization of electrical properties by dielectric spectroscopy and breakdown measurements was done. Results related to reaction kinetic, thermo-mechanical properties and electrical behavior have shown that the developed formulation can be used for cable application.