Enquêtes sur le mécanisme de lubrification des hydrogels fixés en surface

Investigations on the lubrication mechanism of surface-attached hydrogels

• Auteur / Autrice : Maryam Bahrami
• Direction : Jürgen Rühe, Vincent Le Houérou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 10/07/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Albert-Ludwigs-Universität (Freiburg im Breisgau, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Chris Eberl
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chris Eberl, Juliette Cayer-Barrioz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitements de surface

Hydrocolloïdes

Tribologie (technologie)

Lubrification

Mots clés libres

Lubrification

Hydrogel

Frottement

Lubrification

Hydrogel

Friction

Résumé

Les couches d'hydrogel covalentes sont obtenues par une réaction de réticulation par insertion de C-H durant laquelle l'irradiation UV entraîne une réticulation simultanée des chaînes polymères et la fixation du réseau au substrat. Dans ce travail, le comportement tribologique d’interfaces composées de deux couches d’hydrogels fixés en surface a été étudié sous des pressions et des vitesses de glissement relativement élevées. Des travaux récents sur la tribologie des hydrogels fixés en surface ont révélé que l'adhésion est négligeable entre ces couches, car l'interpénétration est prescrite pour des raisons entropiques. Nous avons proposé un modèle qui décrit le comportement en frottement de ces systèmes comme une somme de contributions à la force de frottement, et qui est fonction de plusieurs paramètres influents. En outre, nous avons étudié le rôle du confinement imposé par le substrat rigide sur la lubrification des hydrogels fixés en surface, car le coefficient de frottement extrêmement faible de ces couches semble être la conséquence de confinement élevé. Enfin, l'influence de la microstructure de surface et de l'ajout de tensioactifs sur le comportement en frottement des hydrogels fixés en surface ont été explorés.

Covalently bonded hydrogel layers are generated by C-H insertion crosslinking in which subsequent UV irradiation leads to simultaneous crosslinking of the polymer chains and attachment of the network to the substrate. In this work, tribological behavior of surface-attached hydrogel pairs have been investigated under relatively high pressures and sliding velocities. Recent work on tribology of surface-attached hydrogels revealed that adhesion is a negligible term in such layers, as interpenetration between these layers are avoided due to entropic reasons. We proposed a model that gives insight into the influential parameters in determination of the frictional behavior by considering contribution of the different force components in the friction force. Furthermore, we studied the role of the confinement imposed by the stiff substrate on the lubrication of surface-attached hydrogels, as extremely low coefficient of friction of these layers appears to be the consequence of the high confinement. Finally, the influence of surface micro-structuring and surfactant addition on the frictional behavior of the surface-attached hydrogels was investigated.