Improving the scratch resistance of PMMA

par Mansha Muhammad

Thèse de doctorat en Physique des polymères

Sous la direction de Christian Gauthier.

Soutenue en 2011

à Strasbourg .

  • Titre traduit

    Amélioration de la résistance à la rayure de surfaces de polymère (PMMA)


  • Résumé

    L'objectif de thèse était d'étudier le gain en résistance à la rayure apporté par ajout de plastifiants. L'hypothèse de départ était que l'on pouvait améliorer la résistance à la rayure en diminuant le coefficient de frottement. Les résultats expérimentaux confirment que les amides de différents acides gras sont efficaces en petites quantités pour réduire le coefficient de frottement sur surfaces de PMMA, et qu'un excès diminue ce bénéfice probablement en raison de leur effet « gommant « sur la surface. Les observations in-situ des aires de contact ont confirmé que la déformation moyenne lors du contact glissant est diminuée de manière significative pour les échantillons qui présentent le coefficient de frottement plus bas. Cette diminution du coefficient de frottement par les amides d'acides gras n'a pas pu être corrélée par le changement de l'énergie libre de surface du PMMA, et a été réalisée sans modifier le comportement volumique à l'échelle macroscopique comme à l'échelle submicronique. Il est supposé que le frottement est réduit par modification du comportement volumique seulement pour une très faible épaisseur non détectable par nana indentation. L'analyse mécanique du contact a montré que l'amélioration de la résistance à la rayure, quantifiable par un accroissement de l'angle de retour du contact, est clairement observée pour les contacts partiellement plastifiés. L'influence du coefficient de frottement dans le domaine du contact élastique comme pour les contacts largement plastifiés est presque négligeable. Dans le premier cas, la frontière entre domaine de contact élastique et élastoplastique est gouvernée uniquement par les propriétés mécaniques volumiques. Dans le second cas, la déformation géométrique du contact (directement liée la géométrie de la pointe) contrôle les déformations imposées au polymère.


  • Résumé

    The objective of thesis was to study the improvement of scratch resistance by using plasticizers. The aim in the beginning was that the improvement of the scratch resistance can be obtained as an effect of reduction of the coefficient of friction. The experimental results confirm that various fatty acid amides are effective only in small quantities to reduce the coefficient of friction of PMMA, and that an excess decrease this benefit because of their "gumming" effect on surface. This work showed and confirmed that the yielding at the contact is decreased significantly for the samples showing lower coefficient of friction. This reduction in the coefficient of friction by the fatty acid amides cannot be correlated with the change in surface free energy, and is without changing much the bulk behaviour at submicronic or macroscopic scale. Lt can be said that friction is reduced by modifying the bulk behaviour only for very low thickness which is not detectable by the nano indentation. The relation between the rear contact angle, contact strain, contact pressure and the coefficient of friction reveals that the maximum effect of coefficient of friction on the rear contact angle and the contact pressure is mainly during the plastic range of contact. The effect of coefficient of friction on rear contact angle during the elastic plastic and entirely plastic domain is almost negligible. As the plastic domain of the material depends mainly on the bulk mecanical properties: therefore to improve the scratch resistance of polymers, lt would be necessary to emphasize to modify the bulk behaviour of the materials.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 167-170

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service des bibliothèques. Bibliothèque L'Alinéa.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;1184
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