Mécanismes moléculaires de la friction à une interface contrôlée : effet de chaînes polymères greffées ou adsorbées

• Auteur / Autrice : Alain Casoli
• Direction : Jacques Schultz, Marcel Brendle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères greffés

Frottement

Tribologie (technologie)

Résumé

Cette étude se base sur l'analyse moléculaire du frottement entre deux matériaux polymères. Nous nous intéressons en particulier à l'énergie dissipée à l'interface d'un réseau polymère glissant sur une brosse polymère (macromolécules greffées par une seule extrémité). Dans cette étude, nous voulons préciser l'effet des macromolécules greffées pénétrant dans le réseau, en particulier à des hautes vitesses comparables au temps de relaxation des polymères. Nous comparons des surfaces sans chaîne connectrice (brosse monomodale) à des surfaces modèles, où nous pouvons ajouter graduellement un nombre défini de connecteurs (brosse bimodale). Nous étudions également le cas de substrats solides sur lesquels sont adsorbées des chaînes polymères (pseudobrosse). Les polymères sont identiques du part et d'autre du contact (polydimethylsiloxane). Nous pouvons ainsi nous focaliser uniquement sur les interactions physiques dues à l'interpénétration et à la déformation des chaînes. Les objectifs sont de déterminer expérimentalement les lois de friction en fonction de la vitesse, du nombre de connecteurs, de leur taille et de leur mobilité. L'influence de la vitesse de glissement se traduit par une transition entre un comportement visqueux (contact «liquide/solide») et un frottement sec (contact «solide/solide»). Cette transition est expliquée par la relaxation limitée des macromolécules. L'augmentation de la masse moléculaire des greffons déplace cette transition vers des vitesses plus élevées. Aux basses vitesses, la résistance au frottement augmente avec la densité de connecteurs. Ce comportement est justifié par une interpénétration partielle (sans enchevêtrement) de ces connecteurs dans le réseau. A l'inverse, aux vitesses plus élevées, le frottement diminue avec la densité. Ce résultat, nouveau et surprenant, est lié à la déformation des macromolécules.