Mécanique de l'endommagement par rayure de polymères

Les polymères sont sensibles à la rayure. L’amélioration de la résistance à la rayure est un enjeu stratégique pour les industriels. Une des solutions passe par l’emploi de couches minces de polymère comme couches anti-rayure. La chimie des polymères a permis le développement des vernis avec succès mais l’analyse mécanique du contact glissant et les moyens d’essais doivent être développés pour permettre de comprendre les raisons de ces succès. Des travaux expérimentaux sur matériaux finement caractérisés utilisant le dispositif expérimental « micro-visio-scratch » développé au laboratoire et une analyse mécanique avec recours à des simulations numériques ont été réalisés. Des polymères nus et revêtus ont été testés et leurs comportements analysés. Pour ces polymères transparents, le dispositif expérimental permet d’enregistrer in-situ l’aire réelle de contact et le début du sillon. Le PMMA, présente un endommagement sous la surface de contact et fissure probablement par crazing. L’endommagement du polycarbonate, généré également sous la surface de contact, est vraisemblablement dû à un cisaillement. Le CR39, qui a un durcissement plus important que le PMMA et le polycarbonate, fissure sûrement à cause des contraintes de traction et de cisaillement maximale située proche du bord arrière de contact. L’étude des vernis anti-rayure a permis de montrer qu’un des rôles des vernis est d’annuler les microsillons plastiques qui apparaissent dans le sillon « principal » et bloquent la recouvrance de ce macrosillon. De plus, l’étude de la fissuration a permis de montrer que pour un rayon de pointe donné, la transition entre un sillon lisse et un sillon fissuré est toujours observée pour une même largeur de contact. Contrairement à ce qui était couramment admis (contrainte principale sur le bord arrière du contact), l’hypothèse la plus probable pour expliquer la fissuration de ces vernis anti-rayure minces sous le contact semble être un critère de déformation principale. Most of polymeric glasses are sensitive to scratching and coating is a common way of improving the scratch behaviour of the materials. By the chemistry of polymers, this coating has been developed with success ; nevertheless mechanic analysis of contact have to be developed in order to try understanding the reason of this success. In one hand, experimental studies on known materials, using the scratch apparatus developed at laboratory and in the other hand mechanical analysis with numerical simulation have been done. Coated and non-coated polymeric materials have been tested. For this polymeric materials, the scratch apparatus allow to record pictures of the in-situ contact. PMMA shows damage under the contact area and cracks probably by crazing. The damage of polycarbonate, generated under the contact area, is probably due to shear stress. CR39, that had more severe hardening than PMMA and polycarbonate, cracks ; it is certainly due to the tensile and shear stresses which are located near the rear contact area. Scratching of polymeric coatings have been studied. It has been shown that the coating will hinder the micro-scratch created by the roughness of the tip at the surface of the macro-groove. Moreover the study of cracking has been shown that, for a given tip radius, the cracking transition is always observed at the same contact width. It’s generally assumed that cracking appears at the rear edge of contact ; but in our investigation cracking have been observed under the contact area. The hypothesis to explain this cracking under the contact area seems to be a main strain criterion