Mécanismes de déformation, d'endommagement et de rupture de joints collés

Deformation, yield and fracture mechanisms of adhesive joints

Laboratoire PPMD, ESPCI, 10 rue Vauquelin, 75231 Paris Cedex 05, France

Auteur de correspondance : Costantino.Creton@espci.fr

Reçu : 2 Juillet 2004
Accepté : 5 Novembre 2004

Résumé

Dans le collage, deux pièces sont assemblées par le dépôt d'une couche fine (typiquement 20−100 μm) d'adhésif qui peut être de fort module (GPa) ou de faible module (MPa) suivant le type d'assemblage souhaité. Afin d'évaluer la tenue mécanique de cet assemblage, il doit être soumis à un test destructif destiné à rompre le joint adhésif et à séparer les deux pièces. Comme le matériau composant l'adhésif est invariablement un polymère, il est important d'étudier la résistance à la rupture d'une couche de polymère confinée. Dans cet article nous discutons brièvement l'état de l'art sur la rupture des polymères vitreux et des élastomères dans une géométrie confinée. Dans ce type de géométrie plusieurs effets spécifiques sont observés lors de la rupture du joint : d'une part les contraintes internes dans la couche jouent un rôle essentiel et peuvent profondément modifier les mécanismes de rupture, d'autre part le fort degré de triaxialité de la contrainte favorise la nucléation de cavités. Cette cavitation, favorisée pour tous les types de polymères, est particulièrement prononcée pour les élastomères.

Abstract

When two surfaces are bonded together by an adhesive, a thin layer of adhesive (typically 20−100 μm), with a high (GPa) or low (MPa) elastic modulus is deposited between the two surfaces to assemble. In order to evaluate the mechanical strength of the bond, the only reliable way is to perform a destructive test aimed at the fracture of the joint and eventual separation of the two surfaces. Since the adhesive components are invariably polymers, it is essential to study the behaviour of polymers in a confined geometry. In this case several effects, very specific to thin confined films, are present. In particular the residual stresses can be more prominent and modify the type of plasticity mechanisms which are observed upon fracture of the joint. For soft adhesives (elastomeric) the confinement strongly increases the degree of triaxiality of the applied stress, which favors the nucleation and the growth of cavities. This cavitation is favored by the confinement for all types of polymers but it is the elastomers which are the most sensitive to it.