Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les caractéristiques superficielles des polymères conditionnent fortement leurs propriétés d’emploi, qu’ils soient sous forme de pièces massives ou sous forme de revêtements plus ou moins épais. Les propriétés mécaniques superficielles des polymères sont caractérisées par les essais de nanoindentation: mesure classique de la dureté et du module d’Young, méthodes de caractérisation plus fine de la rhéologie superficielle (contrainte d’écoulement plastique et viscoélasticité). Le comportement des polymères est caractérisé par des essais d’interaction avec un corps antagoniste: adhérence bille-plan et rayure. Enfin, les caractéristiques tribologiques des polymères (frottement et usure) sont définies.
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The surface characteristics of polymers strongly influence their use properties, in both bulk parts and polymeric coatings of ranging thickness. The article first presents the characterization of mechanical properties by nanoindentation: classical measurement of hardness and Young’s modulus. It goes on to look at the methods used for a finer characterization of the surface rheology (flow stress and viscoelasticity). It then describes polymer behavior in tests of interaction with another solid: adherence test between a ball and a plane, and scratch test. Lastly it presents the tribological properties of polymers (friction and wear).
Auteur(s)
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Évelyne DARQUE-CERETTI : Docteur ès sciences, Maître de recherche
-
Éric FELDER : Docteur ès sciences, Maître de recherche
-
Jean-Marc HAUDIN : Docteur ès sciences, ProfesseurCEMEF - CNRS, École des mines de Paris, Sophia-Antipolis
INTRODUCTION
Les propriétés de surface d’un matériau ont toujours une grande importance tant sur le plan scientifique que sur le plan des applications pratiques. Sur le plan thermodynamique, la surface possède une énergie libre en excès qui conditionne sa réactivité superficielle et le succès d’une opération d’assemblage par collage par exemple. L’aspect esthétique du produit fini influence souvent sa valeur marchande. La surface est le lieu de phénomènes produisant des évolutions majeures du matériau et conditionnant sa durée de vie : formation de fissures par fatigue thermomécanique, dégradation par corrosion, interactions mécaniques avec un autre matériau solide responsables du frottement et de son usure... Les propriétés du matériau découlent de son histoire (élaboration et mise en forme) et elles sont très souvent significativement différentes en volume et en extrême surface. La mesure des propriétés d’extrême surface est donc à la fois un problème important et difficile, nécessitant le plus souvent des techniques spécifiques. Ces problèmes sont particulièrement notables pour les polymères, matériaux peu denses et aux molécules relativement mobiles à température ambiante, donc plus sensibles à l’environnement que la plupart des alliages métalliques courants. L’article expose donc l’étude et l’analyse des surfaces de polymères, en proposant une approche pluridisciplinaire. Tout d’abord, des généralités seront présentées, en particulier les définitions de la notion de surface, de l’énergie et de la tension de surface, ainsi que le matériau polymère. Nous commenterons ensuite l’aspect dynamique des surfaces de polymères, nous nous focaliserons enfin sur les propriétés de surface de polymères du point de vue physico-chimique, optique et mécanique, et sur leurs possibles modifications par des traitements chimiques ou physiques.
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MOTS-CLÉS
frottement usure Rhéologie superficielle Collage Formulation de revêtements traitements de surface Paliers secs
KEYWORDS
friction | wear | surface rheology | adhesive bonding | coatings formulation | surface treatments | dry bearing
VERSIONS
- Version courante de avr. 2016 par Évelyne DARQUE-CERETTI, Éric FELDER, Bernard MONASSE
DOI (Digital Object Identifier)
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Modification des surfaces de polymères3. Propriétés de surface et d’interface. Leur caractérisation
En fonction des propriétés recherchées, différentes caractérisations peuvent être faites sur les surfaces de polymères, et cela entraîne l’utilisation de différentes méthodes. Ainsi, il peut être nécessaire de caractériser les propriétés physico‐chimiques par :
-
la valeur de la topographie, souvent qualifiée de rugosité, à toutes les échelles allant de la rugosité atomique (molécules, par exemple) à l’échelle macroscopique ;
-
la texture morphologique : répartition des lamelles cristallines et de la phase amorphe, sphérolites ou autres morphologies ;
-
la structure électronique : connaissance des bandes de cœur et de valence ;
-
la composition : nature des éléments présents, leurs liaisons et leur concentration ;
-
les propriétés mécaniques, par exemple par le module d’élasticité de surface, les propriétés de frottement et les propriétés optiques, comme la transparence et la brillance.
3.1 Propriétés physico‐chimiques
La morphologie de surface peut être étudiée par différentes méthodes suivant l’échelle de résolution latérale et spatiale désirée. Depuis l’œil jusqu’aux microscopies à champ proche, il existe des outils de caractérisation de la topographie des surfaces à toutes les échelles. Hormis l’appréciation oculaire macroscopique, la plupart sont basés sur la mesure du déplacement mécanique d’une pointe en fonction de sa position sur la surface, ou sur l’exploitation des interférences lumineuses en microscopie optique. Cette dernière méthode utilise soit le contraste interférentiel (méthode de Nomarski), soit l’interférométrie laser en réflexion, plus précise. Le cas des surfaces des matériaux mous et/ou transparents (polymères, par exemple) soulève deux problèmes : celui de leur endommagement éventuel par les pointes des profilomètres mécaniques et celui des propriétés de réflexion en microscopie interférentielle....
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MANSFIELD (K.F.), THEODOROU (D.N.) - Molecular Dynamics simulation of a glassy polymer surface. - Macromolecules 24, p. 6283-6294 (1991).
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(5) - FRECHOU (C.) - Influence des conditions d’injection sur le comportement photochimique de polypropylènes. - Thèse...
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