Dynamic adhesion breaking in laminated glass – effect of interfaces and polymer's rheology - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

Dynamic adhesion breaking in laminated glass – effect of interfaces and polymer's rheology

Mécanismes de résistance à l'impact des vitrages feuilletés – effet des interfaces et de la rhéologie du polymère

(1)
1

Abstract

Laminated glass is an industrial product designed for safety applications. A polymer interlayer is inserted between two glass plies to provide impact resistance properties to the glazing. Upon impact, this polymer interlayer debonds and deforms between glass fragments:these two coupled mechanisms provide the impact resistance properties. On the “interface” side, we propose an original method to finely tune the adhesion between glass and interlayer in chapter III. The surfaceof the glass is modified with sol-gel chemistry using two silane species. Despite a non-standard deposition method and coatings thickerthan a perfect molecular layer, we demonstrate that adhesion of the polymer interlayer can be tuned via surface chemistry. On the “polymer” side, we decided to change completely the nature of the interlayer, from a viscoelastic to a plastic material. Withthis plastic interlayer, we have evidenced the necessity to modify the interfaces to retrieve a stable delamination behavior. Moreover,concomitant debonding and stretching of this plastic interlayer dissipates less energy due to the localization of energy dissipation close tothe delamination fronts. Still, when viscoelastic processes are activated at the glass transition, we recover dissipation in the entire volume of the interlayer and high potency for impact applications. Last but not least, to try and make a connection between interfaces, polymer rheology and delamination properties in laminated glass,we present a numerical simulation of the crack propagation problem with a steady-state approach. Since the steady-state crack schemeis not implemented in commercial finite-element codes, we propose a strategy coupling FEA and numerical computing softwares. First results in small strains validate the method, which is expected to be extended to rate-dependent non-linear material behaviors in thefuture.
Le verre feuilleté est un produit industriel centenaire dédié aux applications de sécurité. Un feuillet de polymère, d’épaisseur millimétrique,est intercalé entre deux panneaux de verre afin d’apporter résistance à l’impact et à la perforation, ainsi qu’une fonction de rétention d’éclats. Malgré les décennies de développement industriel, la compréhension du couplage entre les interfaces verre/polymère, le comportement mécanique du polymère, la propagation de rupture adhésive et la dissipation d’énergie totale. Nous avons étudié l’effet d’une modification de chimie de surface du verre, par un dépôt sol-gel, sur les mécanismes de dissipation d’énergie. Une plus grand adhésion aux interfaces engendre une plus grande dissipation d’énergie dans le système, par l’augmentation de la déformation de l’intercalaire et de l’énergie dissipée en tête de fissure adhésive. Nous avons caractérisé les propriétés mécaniques et structurales d’un autre intercalaire utilisé dans le verre feuilleté, à base depoly (ethylène vinyl-acetate). Cet intercalaire EVA présente un comportement élasto-plastique à température ambiante, dû à sa structuresemi-cristalline. L’observation d’un régime de délamination nécessite un ajustement de l’adhésion entre l’intercalaire et le verre,également réalisée grâce à la chimie des silanes. Les tests mécaniques et d’adhésion montrent qu’un régime de délamination stable peut être obtenu avec l’intercalaire EVA à condition de modifier les interfaces. En particulier, avec des surfaces de verres méthylées, nous avons pu montrer que la dissipation d’énergie par l’intercalaire élasto-plastique est plus faible car concentrée uniquement aux fronts de délamination. En revanche, en combinant les effets de plasticité et viscoélasticité dans la région de transition vitreuse, une forte dissipation d’énergie est retrouvée.Enfin, une nouvelle méthode de simulations numériques par éléments finis a été développée, afin d’implémenter une approche en régime stationnaire. L’hypothèse de régime stationnaire permet de transformer les intégrales temporelles, c’est-à-dire l’histoire mécanique du matériau, en intégrales spatiales. Cette approche a été implémentée en interfaçant un logiciel commercial éléments finis et un logiciel d’analyse numérique, puis appliquée à un modèle linéaire pour validation, en vue d’une extension à des lois de comportement en grandes déformations adaptées aux matériaux polymères.
Fichier principal
Vignette du fichier
ESPCI_PaulFOURTON_2019.pdf (13.41 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)
Loading...

Dates and versions

tel-02965807 , version 1 (13-10-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02965807 , version 1

Cite

Paul Fourton. Dynamic adhesion breaking in laminated glass – effect of interfaces and polymer's rheology. Chemical Physics [physics.chem-ph]. Université Paris sciences et lettres, 2019. English. ⟨NNT : 2019PSLET059⟩. ⟨tel-02965807⟩
177 View
631 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More