Résultats : Pour accéder à des contraintes plus élevées, une solution consiste à déformer des échantillons en cisaillement simple entre plans parallèles On a ains
D. Froelich, R Muller, J.F Palierne
III- 1 MÉCANIQUE ET MÉCANISMES DE LA RUPTURE R Schirrer
Situation générale et objectifs : L'étude de la rupture nécessite un outil ("mécanique") mathématique décrivant les champs de contrainte et de déformation dans le matériaux et un ensemble de critères physiques ("mécanismes") limites pour ces champs qui permettent de déduire l'apparition puis la propagation de la rupture.
- La mécanique de la rupture est l'objet de recherches dans le laboratoire pour son usage en tant qu'outil de mesure de la ténacité des polymères très résilients. Dans ce cas, les mesures simples de résistance à la rupture K� ne sont plus valables, et on développe des méthodes de mesure de lIe ou de courbe R. Une participation aux travaux du Groupe Européen de la Fracture (EGF) garantit notre niveau en ce domaine. L'effort porte actuellement sur les mesures aux grandes vitesses de déformation.
- Les grandes déformations et les mécanismes moléculaires (1-4) (craquelure, cisaillement) au sommet des fissures dans les homopolymères amorphes (PMMA, PS, PC, PVC) sont étudiés de manière approfondie, notamment par la technique d'observation de la propagation des fissures en microscopie interférométrique . Il s'agit d'utiliser le petit volume de matière fortement déformé au sommet de la fissure dans la craquelure ou la bande de cisaillement pour étudier les réponses moléculaires aux grandes déformations. Le contenu de cette recherche menée dans le laboratoire depuis une dizaine d'années a été largement publié et décrit dans les rapports d'activité précédants de l'ICS. Ce type d'étude fondamentale prend en ce moment un nouvel essor avec l'utilisation de macromolécules plus complexes tels les réseaux polymères interpénétrés polyuréthanne - poly(méthacrylate de méthyle) et les copolymères statistiques poly(méthacrylate de méthyle) - polystyrène dans le cadre d'un GRECO. Il s'agit dévaluer l'importance de la structure chimique de la macromolécule d'un polymère amorphe sur ses propriétés mécaniques de rupture.
1) R. Schirrer, G. Galleron Material Research Society Bulletin, 26 (1987) "Optical interferometry on crazes in solvent vapour at very low pressure in PMMA" 2) R. Schirrer, G. Galleron Polymer 29, 634 (1988)
"Activation volumes of the craze fibrils growth and breakage in solvent vapour"
3) R. Schirrer Polymer 29, 1615 (1988)
"Crazes in solvent vaports at very low pressure : craze stress and craze structure"
4) R. Schirrer Advances in Polymer Science, Crazing in Polymers Vol 2 Springer Verlag, Berlin (91/92) "Optical interferometry : running crack-tip morphologies and craze material properties"
111.2. ENDOMMAGEMENTS DANS LES MÉLANGES R. Schirrer
Situation générale et objectifs : Les propriétés mécaniques des mélanges de polymères incompatibles sont extrêmement difficiles à modéliser de manière générale. De plus, certains problèmes leur sont particuliers, tels celui de la
de la morphologie, et la complexité de leurs mécanismes d'endommagement, qui très souvent rend caduque les modèles et les mesures usuels de mécanique de la rupture. La notion de fissure elle-même peut être inconsistante dans ces matériaux. Une place particulière leur est par conséquent réservée, et les deux objectifs sont l'étude de leur endommagement et la caractérisation de leur morphologie.
- Les endommagements dans les mélanges de polymères �'-S� sont étudiés dans le cas des polymères choc, constitués d'une matrice amorphe contenant des nodules élastomères : il s'agit d'un cas simple de mélanges de polymères. Des matériaux choc modèles (matrice PMMA ou PS avec de très faibles concentrations croissantes de nodules élastomère) ont été mis au point. Les mécanismes d'endommagement ont pu être identifiés et modélisés en termes de craquelures et cisaillement de la matrice, en fonction de la structure interne des nodules et de celle de l'interface nodule-matrice. Une méthode de comparaison des cartes de champs de contrainte calculés dans l'éprouvette et des cartes des endommagements mesurés (approche "locale" et "globale") a été introduite à cette occasion. Cette méthode, relativement classique en métallurgie, est particulièrement bien adaptée à l'étude des endommagements dans les mélanges de polymères. Notre technique interférométrique est utilisée comme à l'accoutumée en temps réel pendant la propagation de la fissure, et la technique de microscopie électronique à balayage est utilisée pour l'observation post mortem des endommagements sur les surfaces de fracture, et au coeur du matériau, au moyen de clivages à basse température coupant la zone endommagée perpendiculairement à la fissure. Ce travail fait l'objet d'une thèse soutenue en juin 90.
1) O. Mauzac, R. Schirrer Proc. of Deformation, Yield and Fracture of Polymers, Cambridge, 1988
"Craze bundles at a crack-tip in amorphous polymers reinforced by rubber particles" 2) O. Mauzac, R. Schirrer J. Appl. Polym. Sci. 28, 2289 (1989)
"Effect of particle volume fraction on crack-tip crazes in high impact PMMA" 3) O. Mauzac, R. Schirrer J. Mater. Sci. 25, 5125 (1990)
"Crack-tip damaged zones in rubber-toughened amorphous polymers : a micromechanical study" 4) O. Mauzac, R. Schirrer Proc. of European Symp. on Polymer Blends, Cambridge, 1990
"Competition between micro-craze and micro-shear deformations at individual particles in rubber- toughened PS and PMMA"
5) O. Mauzac, R. Schirrer in : Mechanics and Mechanisms of Damage in Composites and Multi- materials, éd. D. Baptiste, Mechanical Engineering Publ.ications, London, 81 (1991)
"Crack propagation m amorphous brittle polymers toughened by rubber particles"
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L'imagerie (1) appliquée à l'étude de la morphologie des mélanges pour l'étude quantitative des relations "morphologie-propriétés mécaniques" est encore peu utilisée de manière fondamentale. Il s'agit de faire le lien entre les recherches en morphologie mathématique (langage mathématique de description et d'analyse des
être soutenue dans le laboratoire au cours de l'année 1992.
1) A. Godart, R. Schirrer, C. Wippler Polym. Bull. 28, 235 (1992) "Analysis of a PS/PMMA blend by image processing techniques"
111.3. LES MULTIMATÉRIAUX SANDWICHES C. Wippler, R. Schirrer
Situation générale et objectifs : Les objets ayant des fonctionalités complexes sont souvent réalisés en "multimatériaux", en ce sens que les divers matériaux qui les composent ne sont pas mélangés intimement avec une structure de mélange très petite par rapport à la taille de l'objet. Au contraire, les divers matériaux composants ont une forme géométrique bien définie et adaptée à la fonctionalité de l'objet. On peut citer dans cette catégorie les matériaux multicouches, les substrats portant une peinture à propriétés mécaniques, les composites organisés à grande échelle, etc... Les objectifs de notre recherche dans ce domaine ont leur origine dans des difficultés concrètes rencontrées par nos partenaires industriels.
- Les multicouches verre-polyuréthanne (origine: les lentilles composites), les sandwiches verre-époxy et métal-époxy (origine: les inserts). L'objectif est de mesurer et de modéliser les contraintes internes dans ces assemblages, de prévoir leur
rupture tl-3�. Ce travail a fait l'objet d'une thèse (M. Aboulfaraj, 1989) (211).