Analyse comparée des stratégies de qualification de la durabilité des revêtements polymères et interfaces collées

Comparative analysis of sustainability qualification strategies for polymer coatings and bonded interfaces

• Auteur / Autrice : Julien Bourbon
• Direction : Marie Touzet-Cortina, Sébastien Touzain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Valérie Nassiet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jalal El Yagoubi, Julien Jumel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Braccini, Frédéric Jacquemin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Évaluation d'impact sur la santé

Matériaux -- Détérioration

Test DCB

Adhésion (physique)

Collage (matériaux)

Rupture, Mécanique de la

Mots clés libres

Rupture

Collage

Adhésion

DCB

Blister

Taux de restitution d'énergie

Vieillissement

EIS

Rupture

Bonding

Adhesion

DCB

Blister

Critical Strain Energy Release Rate

Aging

EIS

Résumé

Les performances mécaniques des interfaces collées et des revêtements polymères (peintures, vernis, etc.) sont généralement évaluées par des tests différents bien que la nature et les attentes de ces systèmes soient similaires. Dans les deux cas, l'objectif est de produire une adhésion forte et durable entre un polymère et un substrat, qui peut être de nature différente. Dans le cas des assemblages collés, le joint adhésif assure la transmission des contraintes entre les deux parties. De telles interfaces supportent une combinaison de charges de traction et de cisaillement, leur comportement mécanique est généralement caractérisé à l'aide d'un protocole standard tel que des essais de traction sur des éprouvettes bout à bout, TAST ou de cisaillement à simple recouvrement pour déterminer la résistance mécanique en traction ou en cisaillement. Les performances mécaniques de l'interface peuvent également être caractérisées en termes d'énergie de rupture ou de taux de restitution de l'énergie de déformation critique (SERR) en utilisant des essais de propagation de fissures tels que les essais DCB, ENF, MMB. Ces protocoles ne sont pas applicables à la caractérisation des films minces et des revêtements, car deux adhérents rigides sont nécessaires pour charger l'interface. Des tests plus qualitatifs sont souvent utilisés, tels que les tests de rayure instrumentés ou non instrumentés. Les essais d'arrachement ou de granulation sont également utilisés mais nécessitent un adhérent supplémentaire à coller au revêtement. Le SERR critique du revêtement peut également être déterminé par des tests de cloquage mais, à notre connaissance, cette configuration de test n'a pas été utilisée pour étudier les performances d'adhésion des adhésifs structurels. En effet, dans le cas d'une forte adhésion, le revêtement est très susceptible de se rompre avant que toute propagation de fissure ne soit observée le long de l'interface. Dans la présente contribution, une configuration optimisée du protocole d'essai de blister confiné est proposée pour caractériser l'adhésion entre des substrats d'aluminium traités au laser / interface adhésif époxy. Les résultats des données du l'essai expérimental sont expliqués et les valeurs SERR critiques mesurées sont comparées à celles obtenues avec l'expérience plus conventionnelle du test DCB pour évaluer l'utilisation de ce protocole. La seconde partie de l'étude de l'essai de blister confiné porte sur des paramètres d'essais. L'intérêt de l'essai de blister dans un contexte d'étude de vieillissement est illustré en conduisant des essais de reprise hydrique illustrant la rapidité des cinétiques de prise hydrique.

The mechanical performances of bonded interfaces and polymer coatings (paints, varnishes,etc.) are generally evaluated by different tests although the nature and expectationsof these systems are similar. In both cases, the aim is to produce a strong and durableadhesion between a polymer and a substrate, which may be of different nature. In thecase of bonded assemblies, the adhesive joint ensure the transmission of stress in-betweenthe two adherends. Such interfaces sustain combination of tensile and shear loads, theirmechanical behaviour is generally characterized using standard protocol such as of tensiletests on butt, TAST or single lap shear specimen to determine the mechanical strengthin tension or shear. The interface mechanical performances can also be characterized interms of fracture energy or critical strain energy release rate (SERR) using crack propagationtests such as DCB, ENF, MMB tests. These protocols are not applicable forcharacterizing thin films and coatings, since two rigid adherends are needed to load theinterface. More qualitative tests are often used, such as instrumented or non-instrumentedscratch tests. Pull-off or pellet tests are also used but require an additional adherend tobe bonded to the coating. Critical SERR of coating can also be determined with blistertests but to our knowledge, this test configuration have not been used to study adhesionperformances of structural adhesives. Indeed, in case of strong adhesion, coating is highlysusceptible to break before any crack propagation is observed along the interface. In thepresent contribution, an optimized configuration of the confined blister test protocol isproposed for characterizing bonding between laser-treated aluminium substrates / epoxyadhesive interface. Data reduction of the experimental result is explained and measuredCritical SERR values are compared to the ones obtained with more conventional DCBtest experiment to assess the use the such protocol. The second part of the study of theconfined blister test focuses on test parameters. The interest of the blister test in thecontext of ageing studies is illustrated by conducting water recovery tests illustrating therapidity of water setting kinetics.