Fluage et recouvrance d'empreintes et de sillons sur surface de polymère

Creep and recovery of the inprint left on polymeric surfaces

• Auteur / Autrice : Thibaud Chatel
• Direction : Christian Gauthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des polymères
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Polyméthacrylate de méthyle

Frottement

Indentation des matériaux

Viscoélasticité

Matériaux -- Fluage

Résumé

Le test d'indentation instrumenté permet de caractériser mécaniquement la surface des matériaux. Une approche expérimentale innovante est proposée ici pour étudier la viscoélasticité d'un polymère lors d'un test d'indentation. Ce test permet d'appliquer un indenteur sur la surface d'un matériau pour un chargement maintenu constant. La transparence de l'échantillon permet l'observation in-situ de l'évolution du contact réel en fonction du temps. Il s’agit du fluage. Après un temps de maintien en charge programmé, il est possible d’observer la cicatrisation de l'empreinte en fonction du temps. Il s'agit de la phase de recouvrance. L'indenteur est choisi sphérique et le polymère est du PMMA. Les résultats montrent qu’il est nécessaire d'étudier le retour viscoélastique des empreintes résiduelles pour conclure sur la linéarité ou non du comportement matériau. La modélisation numérique du comportement viscoélastique du PMMA permet d’obtenir plus d'informations sur les phénomènes en jeux sous le contact. Le processus d'identification est réalisé à partir de relaxation et de l'utilisation du modèle de Maxwell généralisé. La description des champs de déformation relevés sous le contact indique que l'apparition d'une déformation permanente est corrélée au positionnement à l'interface sphère / matériau d’un niveau de déformation. La seconde partie du travail concerne le retour viscoélastique du sillon obtenu lors d'un essai de rayure. L'influence du frottement interfacial, du niveau de déformation appliqué et de la vitesse de rayure sont étudiés. L'ensemble de ces résultats donne des pistes pour identifier les propriétés à l'origine de la cicatrisation des surfaces.

The indentation test permits to characterize the mechanical properties of materials surfaces. An innovative experimental approach is proposed here to study the viscoelasticity of a polymer during an indentation test. This test permits to apply an indenter on the surface of a material under a constant applied load. The transparency of the sample allows the in-situ observation of the evolution of the true contact as a function of time. This is the creep phase. After a holding time, it is possible to observe the healing of the residual imprint as a function of time. This is the recovery phase. The spherical probe is chosen and the polymer is PMMA. The results show that it is necessary to study the recovery of the residual imprint to conclude on the linearity or non-linearity of the material behavior. Numerical modeling of viscoelastic behavior of PMMA can get more information. The identification process based on the generalized Maxwell model is made from relaxation tests. The description of the strain fields indicate that the onset of permanent strain is correlated to the positioning of the strain level at the interface sphere / material. The second part of the work involves the return of viscoelastic groove obtained during a scratch test. The influence of interfacial friction, the strain applied and the strain rate are investigated. All these results suggest ways to identify the properties responsible for the healing surfaces.