Debonding of Viscoelastic Materials: From a Viscous Liquid to a Soft Elastic Solid - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

Debonding of Viscoelastic Materials: From a Viscous Liquid to a Soft Elastic Solid

Décollement de matériaux viscoélastiques : du liquide visqueux au solide élastique mou

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Abstract

In the present experimental study, we investigate the transition in the debonding mechanism when going from a viscous liquid to a soft elastic solid using a probe tack geometry. We have developed a model system consisting of PDMS with different degrees of crosslinking, ensuring a continuous transition between the material classes. During debonding, a fingering instability with characteristic wavelength evolves. We explain the subsequent coarsening of the pattern for a Newtonian oil by linear stability analysis and identify the influence on the adhesion energy. Over a wide range of properties from liquid to solid, we present a quantitative description of the initially destabilizing wavelength for the observed interfacial and bulk mechanisms. We predict the transition between these mechanisms from linear viscoelastic and surface properties. Furthermore, we investigate the debonding quantitatively in terms of adhesion energy and maximum deformation. For interfacial debonding, we are able to explain the speed dependence in the adhesion energy by bulk properties only and confirm thus over two decades in the elastic modulus an existing empiric law. Adapting a recent 3D technique, we visualize for the first time in situ the contact line between viscoelastic material and rigid probe in three dimensions and provide thus direct access to the boundary conditions.
Dans le cadre de cette thèse expérimentale, nous étudions le décollement en géométrie de probe tack lors de la transition d'un liquide visqueux vers un solide élastique mou. Nous avons développé un système modèle (du PDMS à différents degrés de réticulation), assurant ainsi une transition continue entre ces classes de matériaux. Au début du décollement, une instabilité de digitation avec une longueur d'onde caractéristique apparaît. Pour une huile newtonienne, nous expliquons le coarsening des structures lors du décollement par une analyse de stabilité linéaire, et nous mettons en évidence leur influence sur l'énergie d'adhésion. Pour une large gamme de propriétés du liquide jusqu'au solide, nous identifions des mécanismes volumiques ou interfaciaux et présentons une analyse quantitative de leur longueur d'onde initiale respective. Nous montrons que le mécanisme de décollement est déterminé par la viscoélasticité linéaire et des propriétés de surface. En outre, nous étudions le décollement quantitativement par l'énergie d'adhésion et la déformation maximale. Pour le mécanisme interfacial, nous arrivons à expliquer la dépendance en vitesse de l'énergie d'adhésion par des propriétés volumiques du matériau. Variant le module élastique sur deux décades, nous confirmons ainsi une loi empirique existante. En adaptant une technique 3D récente, nous visualisons pour la première fois in situ la ligne de contact entre le matériau viscoélastique et le substrat rigide, offrant ainsi un accès direct aux conditions aux limites.
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Dates and versions

pastel-00005510 , version 1 (20-10-2009)

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  • HAL Id : pastel-00005510 , version 1

Cite

Julia Nase. Décollement de matériaux viscoélastiques : du liquide visqueux au solide élastique mou. Physique [physics]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00005510⟩
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