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Debonding Mechanisms of Soft Adhesives : Toward Adhesives with a Gradient in Viscoelasticity
Lors du décollement d’un adhésif mou (tels que les adhésifs sensibles à la pression, dits PSA), des mécanismes complexes entrent en jeu à l’interface et dans l’épaisseur du film d’adhésif. Afin d’optimiser ces adhésifs, il convient de maîtriser les transitions entre les différents modes de décollement. Nous avons étudié ces transitons grâce à des matériaux modèles. Nous avons réalisé une analyse quantitative d’expériences de décollement, en nous appuyant notamment sur une nouvelle technique d’analyse d’image. Nous avons également modélisé le comportement mécanique de nos matériaux en traction uniaxiale grâce à un modèle viscoélastique de Phan-Thien et Tanner (PTT) à deux modes. Ces études ont montré la forte hétérogénéité des mécanismes de décollement où des processus à l’interface et dans l’épaisseur de l’adhésif sont en compétition. Pour obtenir des PSA plus efficaces, nous avons donc optimisé leurs propriétés en introduisant un gradient dans les propriétés viscoélastiques du film selon leur épaisseur. Des systèmes bi- couches optimisés montrent d’intéressantes propriétés, sur surface de forte ou de faible adhésion. Enfin, des adhésifs à gradient continu ont été réalisés et caractérisés via la diffusion d’un réticulant dans un film de polymère puis activation à un instant précis de la réaction de réticulation.
Mots clés : PSA, viscoélasticité, gradient, multi-couches, polyacrylate de butyle, propriétés mécaniques, rhéologie
During the debonding of a soft adhesive (as are Pressure Sensitive Adhesives or PSA), complex mechanisms enter in competition at the interface and in the bulk of the adhesive film. In order to optimize these adhesives, it is crucial to understand the transitions between the different debonding modes. We studied these transitions using model materials and carried out a quantitative analysis of debonding experiments with a new image analysis method. We also modeled the mechanical behavior of our materials under uniaxial deformation by using a 2-modes Phan-Thien and Tanner (PTT) viscoelastic model. These studies showed the strong heterogeneity of the debonding mechanisms where process at the interface and in the bulk are in competition. To obtain more efficient PSA, we optimized their properties by introducing a gradient in the viscoelastic properties of the film along their thickness. Bi-layer optimized systems showed interesting properties on surfaces with high or low adhesion. Finally, adhesives with a continuous gradient were realized and characterized by the diffusion of a cross-linker in a polymer film followed by an activation of the cross-linking reaction at a given time.
Keywords : PSA, viscoelasticity, gradient, multi-layers, poly(butyl acrylate), mechanical properties, rheology