Propriétés diélectriques de polymères haute performance pour des applications lunaires

Leblanc, Félix (2021). Propriétés diélectriques de polymères haute performance pour des applications lunaires. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Pour atteindre de nouveaux horizons, plusieurs équipes de par le monde cherchent à améliorer les engins d’exploration spatiale. Au Québec, le groupe CREPEC Vision se consacre au développement d’un prototype de rover lunaire doté d’un châssis en composite de polymères thermoplastiques. Ce choix de matériaux permettrait de fabriquer le châssis par impression 3D, en plus d’ouvrir la porte aux réparations en cours de mission. Cependant, les polymères ne dispersent pas aussi bien les charges présentes dans l’environnement lunaire que l’aluminium employé actuellement. Les radiations présentes dans l’environnement lunaire induisent des charges qui peuvent déclencher des décharges électrostatiques dommageables pour l’électronique fragile. Il faut donc découvrir un moyen d’augmenter la protection offerte par les polymères haute performance que l’équipe compte utiliser, soit le PEEK et le PEI.

L’objectif de ce mémoire consiste précisément à trouver le meilleur additif pour augmenter la conductivité de ces polymères au-dessus du seuil de 10-11 S·m-1 et ainsi faire en sorte que les charges seront dissipées.

Pour y arriver, des échantillons composés d’un des deux polymères avec un des trois additifs (noir de carbone, graphène ou fibres de carbone) sont fabriqués à différentes concentrations à l’aide d’une micro-extrudeuse. Puis, les propriétés diélectriques sont mesurées à l’aide de la spectroscopie diélectrique à large bande à des températures allant de 25 °C à 200 °C, de façon à englober les températures diurnes de l’environnement lunaire qui peuvent atteindre 120 °C.

Tant pour le PEEK que pour le PEI, l’analyse des résultats montre que le meilleur additif, parmi les trois testés, est le noir de carbone. De fait, c’est celui qui génère le seuil de percolation le plus bas (12 % massique), en plus de procurer la plus grande conductivité (plus de 10-8 S·m-1) aux polymères haute performance.

Titre traduit

Dielectric properties of high-performance polymers for lunar applications

Résumé traduit

To reach new horizons, several teams around the world are looking to improve technologies used in spacecraft. In Quebec, the CREPEC Vision group is dedicated to the development of a lunar rover prototype built with a thermoplastic composite chassis. This choice of materials allows manufacturing the chassis by 3D printing, in addition to opening the door to repairs during the missions. However, polymers do not disperse the charges present in the lunar environment as well as the aluminum currently used. Radiation in the lunar environment induces charges that can trigger electrostatic discharges that are damaging to fragile electronics. Therefore, a way must be founded to increase the protection offered by the highperformance polymers that the team intends to use, namely PEEK and PEI.

The objective of this thesis is to discover the best additive to increase the conductivity of these polymers above the threshold of 10-11 S·m-1 and thus ensure that the charges will be dissipated.

To achieve this, samples composed of one of the two polymers with one of three additives (carbon black, graphene or carbon fibers) are made at different concentrations using a microextruder. Then, the dielectric properties are measured using broadband dielectric spectroscopy at temperatures ranging from 25 °C to 200 °C, to encompass the range of daytime temperatures of the lunar environment which can reach 120 °C.

For both PEEK and PEI, analysis of the results shows that the best additive, of the three tested, is carbon black. In fact, it is the one that generates the lowest percolation threshold (12 % by mass), in addition to procuring the highest conductivity (more than 10-8 S·m-1) for high performance polymers.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 73-75).
Mots-clés libres:	PEI, PEEK, radiation, lune, conductivité, rover, noir de carbone, graphène
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse David, Éric
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	27 oct. 2021 15:52
Dernière modification:	27 oct. 2021 15:52
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2763

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