Adhésion entre films de Polytétrafluoroéthylène (PTFE) : influence des conditions de fabrication

Adhesion between PTFE films : influence of manufacturingprocess conditions

• Auteur / Autrice : Agathe Mocellin
• Direction : Nicolas Schmitt, Gilles Régnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Secteur Mécanique et Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Restagno
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Schmitt, Gilles Régnier, Valérie Nassiet, Karine Buet Gautier, Jorge Peixinho, Élise Lorenceau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Nassiet, Karine Buet Gautier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Polymères

Polytétrafluoréthylène

Mots clés libres

Polytétrafluoroéthylène

Ptfe

Adhésion

Adhérence

Science des polymères

Mécanique de la rupture

Polytetrafluoroethylene

Ptfe

Adhesion

Adherence

Polymer science

Fracture mechanics

Résumé

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est un polymère thermoplastique semi-cristallin ayant une très bonne résistance à la corrosion, une forte stabilité thermique, de très bonnes propriétés d’isolation thermique et un très faible coefficient de friction. Par conséquent, ce matériau est utilisé pour de nombreuses applications; une d’entre elles est la fabrication films et tissus enduits de PTFE.En raison de sa masse molaire élevée et de sa haute viscosité à l'état fondu, les films minces en PTFE sont obtenus par dépôts successifs de dispersions sur une matrice qui est ensuite retirée. Des matériaux composites sont fabriqués en soudant ensemble un tissu pris en sandwich entre deux films. Pour des performances optimales, il est crucial de maîtriser au mieux l'adhésion PTFE-PTFE et PTFE-tissu.Ce travail porte sur un système modèle : deux films de PTFE sans tissu. L'objectif est de comprendre les mécanismes d’adhésion et d’en déduire une optimisation du soudage des films. Un dispositif expérimental original de pégosité a été développé et a permis l'analyse de l’influence de la température, du temps et de la pression de contact sur les propriétés d’adhésion à l’interface. Le rôle de l'interdiffusion des chaînes dans la phase amorphe et/ou de la co-cristallisation de la phase quasi-cristalline du polymère dans l'adhésion est étudié.Une température de contact supérieure à la fusion, facilitant la mobilité des macromolécules, est nécessaire pour obtenir une bonne adhésion. L'augmentation du temps de contact ne montre pas de variation significative de la qualité d'adhésion dans la gamme de temps de contact étudiée. Au-dessus de la fusion, en fonction de la pression de contact, la rupture peut être destructrice ou non. Une pression seuil existe entre ces deux modes de rupture : plus le temps de contact est long, plus la pression seuil est basse. Une première modélisation basée sur un réseau discret à trois dimensions a été construite et une procédure d'identification proposée afin d’estimer le taux de restitution de l’énergie.

Polytetrafluoroethylene (PTFE) is a thermoplastic semi-crystalline polymer, with many outstanding properties such as excellent resistance to corrosion, excellent temperature stability, very high electrical insulation and extremely low friction coefficient. These make it suitable for a large range of engineering applications ; one of them is the manufacturing of PTFE films and coated fabrics.Due to their high molecular weight and their high viscosity in the melted state, PTFE thin films are obtained by successive deposition of dispersions on a substrate which is finally peeled out. Composite materials are manufactured by welding together a fabric sandwiched between two such PTFE films. Therefore, for optimum performance, PTFE-PTFE and PTFE-fabric adhesion must be controlled.This work focuses on a model system: two PTFE films without fabrics. The aim is to quantify the adhesion mechanisms and optimize films welding. A specific experimental setup has been designed to weld PTFE films and perform mechanical adherence tack tests investigating the impact of temperature, contact time and normal pressure on the interfacial adhesive properties. The role of chain interdiffusion in the amorphous phase and/or co-crystallization of the polymer quasi-crystalline phase in the adhesion is investigated.A contact temperature higher than melting, allowing macromolecular chain or segments mobility, is highlighted as a necessary condition to obtain adhesion. Increasing the contact time shows no significant variation. Above melting, different failure mechanisms are observed according to the contact pressure: the weld fracture is either destructive or not. A threshold pressure exists between these two fracture modes: the longer contact time, the lower the threshold pressure. A model based on a three dimensions discrete network is proposed to obtain an estimation of the characteristic adhesive energetic value.