Numéro
J. Phys. France
Volume 50, Numéro 18, septembre 1989
Page(s) 2551 - 2562
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:0198900500180255100
J. Phys. France 50, 2551-2562 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:0198900500180255100

Weak adhesive junctions

P.G. de Gennes

Collège de France, F-75231 Paris Cedex 05, France


Abstract
Weak mechanical junctions can be found (1) at glass/rubber interfaces ; (2) between two rubber blocks with a few interblock crosslinks ; (3) between two glassy polymers A/B with a monolayer of AB copolymer ; (4) between two identical copolymers after partial interdiffusion. When a fracture propagates along such a junction, the dissipation tends to be localized in the junction region. We present a phenomenological description of this process in termes of two ingredients : (a) a threshold stress σc associated with chemical scission in cases (1, 2) and with plastic flow in cases (3, 4) ; (b) a « succion » process - with a succion velocity proportional to the local stress σ, - ending when the volume transfer (per unit area) has reached a certain limit hf. We restrict (for the moment) our attention to cases without cavitation (no crazes). From a very crude analysis of the mechanical behavior around the weak junction, we are led to expect two fracture regimes : (α) at low fracture velocities V, the process is quasi static and the fracture energy GIC scales like σc hf ; β) beyond a velocity V*, the length of the succion region is very much spread out, and GIC increases with V. But we have not yet built a precise mechanical analysis of our model.


Résumé
Parmi les situations de jonction faible, on peut citer : (1) des contacts verre/caoutchouc ; (2) des contacts caoutchouc/caoutchouc, avec faible pontage ; (3) l'interface entre deux polymères A et B décoré par un copolymère séquencé AB ; (4) les situations d'interdiffusion partielle entre deux blocs du même polymère. Quand une fracture se propage le long d'une jonction faible, la dissipation est localisée dans une fine lame près du plan de fracture. Nous analysons le comportement de cette lame avec deux ingrédients principaux : a) la contrainte seuil σ c nécessaire pour démarrer le fluage - lié à des scissions chimiques, dans les cas (1, 2) ou à un seuil plastique, pour les polymères vitreux des exemples (3, 4) ; b) un mécanisme de succion, avec une vitesse de succion proportionnelle à la contrainte locale de traction, jusqu'à ce que le volume aspiré (1 cm2) ait atteint une valeur limite hf. En postulant qu'il n'y a pas de cavitation (pas de craquelures), et en effectuant une analyse très rustique du comportement mécanique autour de la jonction, nous sommes conduits à deux régimes mécaniques : (a) quand la vitesse d'avancée de la fracture est en-dessus d'un certain seuil V*, on a un comportement quasi statique et l'énergie de fracture est GIC = σ c hf ; (β) pour V > V*, la largeur de la région de succion est très étendue et GIC croit avec V. Mais l'analyse mécanique précise de notre modèle reste à faire.

PACS
8120V - Joining; welding.
8140L - Deformation, plasticity, and creep.
8235G - Polymers on surfaces; adhesion.

Key words
adhesion -- fracture -- glass -- interface phenomena -- plastic deformation -- plastic flow -- polymer blends -- polymers -- rubber