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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Évelyne DARQUE-CERETTI
: Docteur ès sciences, Maître de recherches, MINES ParisTech, PSL – Research University, CEMEF – Centre de mise en forme des matériaux, CNRS UMR 7635, Sophia Antipolis France
Éric FELDER
: Docteur ès sciences, Maître de recherches, MINES ParisTech, PSL – Research University, CEMEF – Centre de mise en forme des matériaux, CNRS UMR 7635, Sophia Antipolis France
Bernard MONASSE
: Docteur ès sciences, Maître de recherches, MINES ParisTech, PSL – Research University, CEMEF – Centre de mise en forme des matériaux, CNRS UMR 7635, Sophia Antipolis France
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. Ces propriétés sont extrêmement variées : thermodynamiques, physicochimiques, optiques, géométriques (rugosité), mécaniques…. Elles découlent directement de l’histoire (élaboration, mise en forme) du matériau et sont souvent différentes de ses propriétés de volume. Cette problématique est particulièrement importante dans le cas des polymères, matériaux moins denses, moins durs, plus souples et plus sensibles à l’environnement que les alliages métalliques. Par ailleurs, pour maîtriser l’aspect esthétique et les propriétés superficielles des pièces, on utilise de plus en plus des revêtements polymères plus ou moins épais dans les industries mécaniques, automobiles, optiques, agro-alimentaires…. Leurs caractéristiques mécaniques conditionnent leur comportement face aux agressions mécaniques (résistance aux chocs, à la formation de rayures marquées, adhérence à un autre matériau) et lors de leur glissement sur une pièce antagoniste : intensité du frottement, modes et vitesse d’usure.
L’article [AM 3281] présente les propriétés physicochimiques superficielles des polymères, leur modification et optimisation par un traitement de surface physique ou chimique et leur évolution du fait du vieillissement du polymère.
Cet article présente les propriétés mécaniques et tribologiques.
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Le frottement, d’une manière générale, peut être considéré comme une dissipation d’énergie induite par la force tangentielle F nécessaire pour assurer le glissement entre deux corps solides (figure 10).
Il s’accompagne le plus souvent de la déformation et d’une perte de matière, caractérisée par un volume d’usure V, d’au moins l’un des deux corps, voire des deux.
La force normale P avec laquelle les deux corps sont appliqués l’un contre l’autre a généralement une influence du premier ordre sur ces phénomènes. On caractérise donc :
le frottement par le coefficient de Coulomb :
( 28 )
l’usure du corps 1 après un glissement relatif d’amplitude L sur le corps 2 par le coefficient :
( 29 )
Le coefficient µ est sans dimension alors que k1, notée ici vitesse d’usure du corps 1, est homogène à l’inverse d’une contrainte. La vitesse d’usure est le plus souvent exprimée en mm3.N–1.m–1 ou nPa–1. De la même manière, on peut définir la vitesse d’usure du corps 2 : k2. Dans un contact plan/plan (figure 10a ), l’aire (apparente) de contact A permet de définir une pression (apparente) de contact p et le volume d’usure V de l’une des pièces est caractérisé par sa perte de cote ou sa profondeur d’usure Δz :
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(1) -
HOCHSTETTER (G.), JIMENEZ (A.), LOUBET (J.L.) -
Strain rate effects on hardness of glassy polymers in the nano scale range. Comparison between quasi-static and continuous stiffness measurements.
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J. Macromol. Sci. Phys., B38 (5-6), 681-692 (1999).
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OLIVER (W.C.), PHARR (G.M.) -
An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments.
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J. Mat. Res., 7 (6), 1564-1583 (1992).
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Indentation size effects in polymers and related rotation gradients.
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G’SELL (C.), HAUDIN (J.M.) -
Introduction à la mécanique des polymères.
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(Ed.), Institut National Polytechnique de Lorraine, Vandœuvre-lès-Nancy (1995).
Journées annuelles sur l’adhésion, JADH organisées par la SFV
Conférences bi-annuelles, European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis, ECASIA,certaines conférences sont publiées dans la revue Surface and Interface analysis
Journées Internationales Francophones de Tribologie (JIFT) organisées chaque année sous l’égide du Groupe Scientifique et Technique Tribologie de l’Association Française de Mécanique
Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
W.L. Gore &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&...
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Bibliographie & annexes
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Conclusion
