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
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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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Présentation
Aspect dynamique des surfaces1. Généralités sur les surfaces de polymères
1.1 Notion de surface. Énergie et tension de surface
Dans le langage usuel, la surface d’un matériau est sa frontière avec l’atmosphère ou tout milieu gazeux ou liquide. C’est la partie visible du matériau.
En science des matériaux, la surface a une définition plus générale : c’est la frontière entre deux milieux homogènes. Une surface a une certaine épaisseur, qui correspond à un gradient de propriétés. Pour un polymère, suivant les propriétés envisagées, l’épaisseur peut varier, du nanomètre pour la couche contaminée à la dizaine de micromètres pour la morphologie cristalline.
Ces différentes échelles seront présentées au paragraphe 1.2. Il en résulte que le choix de l’analyse d’une propriété conditionne celui de la technique de caractérisation. Nous y reviendrons dans le paragraphe 3.
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Les propriétés de surface diffèrent de celles du volume. Cela est dû à la force thermodynamique qui conduit à ce que l’énergie de surface soit la plus faible possible. La région de surface est sujette aux forces intermoléculaires provenant seulement de dessous la surface.
Cette inégalité d’interactions avec l’environnement moléculaire voisin conduit au concept d’énergie de surface γ . Cette dernière est définie comme le travail dépensé pour créer une surface unitaire. Elle doit être distinguée de la tension de surface σ qui est reliée au changement de l’énergie libre d’Helmholtz dF σ associé à une augmentation unitaire d’aire dΩ. La relation entre γ et σ est établie comme suit : l’énergie...
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Généralités sur les surfaces de polymères
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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(2) - GARBASSI (F.), MORRA (M.), OCCHIELLO (E.) - Polymer surfaces from physics to technology. - John Wiley and Sons, Chichester (1994).
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(3) - RATNER (B.D.), WEATHERSBY (P.K.), HOFFMAN (A.S.), KELLY (M.A.), SCHARPEN (L.H.) - Radiation-Grafted Hydrogels for biomaterial applications as studied by the ESCA techniques. - Journal of Applied Polymer Science, 22, p. 643-664 (1978).
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(4) - SCOTTO-SHERIFF (S.) - Influence des traitements de surfaces de métal et de polymère sur l’adhérence de joints collés. Cas de l’assemblage du polyfluorure de vinylidène collé par un adhésif époxyde sur un alliage d’aluminium. - Thèse de l’École des mines de Paris, Spécialité « Sciences et Génie des Matériaux », 9 nov. 1998.
-
(5) - FRECHOU (C.) - Influence des conditions d’injection sur le comportement photochimique de polypropylènes. - Thèse...
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