Slip of liquid polymers
Glissement de polymères liquides
Résumé
The goal of this work was to identify the molecular mechanisms governing the friction of a polymeric liquid on a solid surface by studying the deviation from the no-slip boundary condition.First, we developed a new method of measurement of slip of a polymeric liquid based on the observation under shear of a pattern photobleached in a fluorescent fluid. This method, which is an evolution of one already used in the group, give a direct access to the displacement field of the liquid under shear. Using this setup, we studied experimentally the effect of the chemical nature of the surface, of the liquid viscosity and of the temperature on the slip of polymer melt (T>Tg). It appeared that the slip effect is governed by the viscosity of the liquid and a friction coefficient which depends only on the chemical natures of the liquid and the surface. In particular this coefficient is the same for a melt and for an elastomer made of the same polymer. The temperature dependence of this effect is characterized by the difference of activation energy of viscosity of the liquid and of the friction on the solid surface that both are activated processes. We also studied the case of concentrated polymer solutions for which the molecular mechanism of friction differs. Indeed we showed that the friction coefficient is no longer a local quantity and depends on the concentration. Finally, we investigated the evolution over time of the slip transition of polymer melts and solutions which is due to the adsorption of polymer chains on the solid walls.
L’objectif général de cette thèse était d’identifier les mécanismes moléculaires du frottement d’un fluide de polymère sur une surface solide à partir de l’écart à la condition de vitesse nulle à la paroi.La première partie de cette thèse a consisté à développer une nouvelle méthode de mesure du glissement des liquides de polymère par suivi d’un motif photolysé dans un fluide fluorescent. Cette méthode, qui est une évolution de celle utilisée précédemment dans le groupe, donne directement accès au champ de déplacement du fluide lors de l’écoulement. À l’aide de ce nouveau dispositif, nous avons étudié expérimentalement l’effet de la nature de la surface, de la viscosité du liquide et de la température sur le glissement de fondus de polymère (T>Tg). Il est apparu que l’effet de glissement est contrôlé par la viscosité des fondus et par un coefficient de frottement à l’interface qui ne dépend que des natures moléculaires du liquide et de la surface. En particulier, ce coefficient de frottement est le même pour un fondu ou pour un élastomère constitué du même polymère. La dépendance en température de cet effet est fixé par la différence des énergies d’activation des processus activés que sont la viscosité du liquide et le frottement sur la surface solide. Nous avons également étudié le cas des solutions concentrées de polymère pour lesquelles le mécanisme du frottement est différent. En effet nous avons montré que le coefficient de frottement n’est plus une grandeur locale et dépend de la concentration de la solution. Enfin nous nous sommes intéressés à l’évolution temporelle de la transition de glissement dans les fondus et les solutions causée par la présence de chaînes de polymère adsorbées sur les parois.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
Loading...