Adhésion
ensemble des phénomènes physico-chimie qui se produit lorsqu’on met en contact
intime deux matériaux. Les différentes théories de l’adhésion prévoient l’établissement
de liaisons ou d’interactions spécifiques.
-
L’ancrage mécanique, qui est l’approche la
plus ancienne pour expliquer les phénomènes
d’adhésion
et qui résulte de l’interpénétration « macroscopique » entre les deux matériaux
en contact. C’est le cas d’un adhésif qui pénètre dans les aspérités et les
pores du substrat avant de se rigidifier. L’ancrage mécanique est donc favorisé
par la rugosité et la topographie des surfaces en contact.
-
L’inter
diffusion, qui se manifeste dans le cas des matériaux polymères par l’inter
digitation des chaînes moléculaires et pour les métaux par la formation d’un
gradient de composition chimique, voire d’un alliage d’interface. Elle conduit
à la formation d’une interphase d’épaisseur non nulle et dépend, pour les
polymères en contact, de leur compatibilité et de leur structure.
-
Les liaisons interatomiques ou
intermoléculaires. Les liaisons interatomiques sont dues aux
interactions
électromagnétiques entre électrons qui forment les liaisons covalente, ionique
et métallique.
Les liaisons
intermoléculaires peuvent être de type Van der Waal ou de type liaison
hydrogène. Ces liaisons sont souvent regroupées sous le terme anglo-saxon «
électron as glue ». Du point de vue
macroscopique,
les interactions à faible portée entre deux matériaux (liaisons interatomiques
et hydrogène) sont souvent étudiées sous l’approche acide-base. L’intensité de
ces liaisons est caractérisée par l’énergie d’adhésion de Dupré w, qui est
l’énergie libre perdue par l’unité d’aire d’interface lors de sa formation.
II-
Essai
a la rayure pour l’étude d’adhésion
Description des expériences
Matériel
La lame de verre
(fig1)
La tourne disque
(fig2) qui sert a fixé les rayures
Le microscope
(fig3) qui sert observé les rayures
Une source
de courant (200V-220V)
les masses
marquées (m1, m2,
m3, m4et m5)
Le verni.
Mode opératoire
On colore une couche mince de verni sur le substrat (lame de
verre) et après 10 minutes de séchage ; on la dépose sur le plateau de la tourne disque. On met la pointe de la tourne disque sur lame de
verre. On déplace la lame de verre parallèlement
au rayon de la tourne disque. Ils se forment des minuscules rayures
à la surface de l’échantillon.Ces rayures sont observées à l’aide du
microscope optique, puis photographier
et découper en forme d’échantillon.
I-
Résultats
Observation
par microscope optique des rayures obtenues
Les images obtenues avec le microscope permettent d’observer
rapidement lesrayures et de vérifier la validité et la cohérence des résultats.
Le grossissement offre l’avantage de pouvoir visualiser la totalité de la
portion écaillée et de mesurer la distance entre le point d’écaillage et la fin
de la rayure. Ce qui permet de retrouver visuellement la valeur de la force
critique Fc. La figure 4 présente cinq
clichés obtenus pour les échantillons, classés par ordre de masse croissante. On remarque que plus la masse
est grande, plus la largeur du sillon
est importante, traduisant des écailles de plus en plus grandes et nombreuses.
Des observations à plus fort grossissement peuvent être utiles pour localiser
avec plus de précision le point critique, elles permettent également d’analyser
plus en détail la morphologie du sillon.
Les images confirment l’impression laissée par les clichés. Dans le cas
des revêtements à faible force critique, l’écaillage est moins prononcé alors que sur les revêtements
présentant une force critique élevée, les écailles sont de grandes dimensions
et nombreuses. La morphologie du sillon
corrobore donc très bien le classement des échantillons par la force critique.
Interprétation :
La longueur du sillon augmente par
rapport à la charge L appliquée. Le
fait que la pointe exerce deux contraintes (contrainte de Cisaillement et de Compression)
qui brise les liaisons entre particules sur la surface de la couche de verni.
Ces cassures forment ce qu’on
appelle les rayures (déformation de la surface du substrat revêtu). La largeur
de ces rayures dépend de contrainte et de la dureté du substrat. Mais la
contrainte, elle dépend de la charge appliquée.
Calcul
du Grossissement :
Pour un système
donné, le grossissement reste le même : Soit un objet AB=0,4mm dont
l’image par le microscope donne A’B’=8.3mm. Le grossissement est : Ф
.
Soit Ф=20,75
Pour chaque masse correspond on aune
image A’B’ sur le microscope, dont la largeur (taille réelle) est : AB
·
Pour m=50g,
A’B’=11mm →AB=0.53mm=530ɱm (Micromètre)
·
Pour m=40g, A’B’= 7mm
→ AB=0,34mm=340ɱm
·
Pour m=30g, A’B’=5.5mm →AB=0,26mm=260ɱm
·
Pour m=20g,
A’B’=4mm → AB=0,19mm=190ɱm
·
Pour m=10g,
A’B’=3mm → AB=0,14mm=140ɱm
Les
résultats de charges critiques en fonction de la largeur des rayures sur le
substrat pour des revêtements de verni déposé sur la lame de verre sont représentés
sur la figure ci-dessous (Fig.5).
Conclusion
On constate que plus la force appliquée (charge) augmente, plus les
rayures ne sont importantes et visibles. Cette force qui nous permet de voir
les rayures, c’est la force critique.
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