Brevet FR3086060A1 — publié le 20200320

DISPOSITIF DE CARACTÉRISATION EN CISAILLEMENT D'UNE INTERFACE Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne le domaine des dispositifs de caractérisation notamment en cisaillement d'une interface et en particulier une interface de matériaux élastomériques de deux pièces assemblées à l'aide de ceux-ci. Etat de la technique [0002] Dans le cadre du développement des matériaux, en particulier les matériaux qui sont assembblés au moyens d'adhésifs élastomères composés d'au moins deux couches de matériaux élastomériques distincts, il est important de pouvoir caractériser en cisaillement l'interface matériau 1/matériau 2 pour évaluer leur robustesse et les contraintes qu'ils peuvent subir lors de leur utilisation. Cette caractérisation se fait, de manière classique, au moyen de tests avec des éprouvettes associées à des matériaux élastomériques. Ces tests engendrent cependant des déformations de la matière élastomérique qui perturbent la précision des mesures réalisées. En effet, les matériaux élastomères ont tendance à se déformer au cours des tests effectués, or l'objectif des test est de caractériser une interface et non des déformations de la ou les matières étudiées. [0003] En prenant, par exemple, un test de traction (test qui consiste à placer une éprouvette du matériau à tester entre deux mors d'une machine de traction et de tirer jusqu'à sa rupture), on constate qu'il permet d'obtenir une sollicitation simple de contrainte uni-axiale sur une éprouvette standardisée à vitesse constante. Dans le cas où ce test est appliqué sur deux matières de rigidités différentes, une partie de l'effort appliqué sera absorbé par les matières qui vont se déformer. Il faudrait alors solliciter uniquement leur interface. Objectif de l'invention [0004] La solution technique présentée ici permet de faciliter la mise en oeuvre et d'augmenter la pertinence des tests de traction en le rendant plus répétable et plus précis. En effet, comme expliqué plus haut, les montages de l'état de la technique ne permettent pas la caractérisation précise de l'interface. [0005] Le présent déposant s'est donc fixé notamment comme objectif de fournir un dispositif de caracatérisation en cisaillement d'une interface de matériaux élastomériques permettant de caracatériser l'interface sans que les mesures ne soient faussées par la déformation des matériaux testés. 2 Exposé de l'invention [0006] On parvient à cet objectif conformément à l'invention grâce à un dispositif de caractérisation en cisaillement d'une interface destiné à être actionné selon un axe de cisaillement X, le dispositif comportant une première pièce et une deuxième pièce 5 présentant chacune au moins une surface de contact parallèle à l'axe X et étant destinées à être mises au contact l'une de l'autre le long de leurs surfaces parallèles à l'axe X, caractérisé en ce qu'un orifice traversant est ménagé perpendiculairement à l'axe X dans chacune des deux pièces. Le dispositif se caracatérisee également en ce que les deux orifices présentent le même diamètre et sont destinés à être alignés l'un avec l'autre 10 lorsque le dispositif n'est pas activé, que ces deux orifices sont destinés à être rempli chacun avec un matériau élastométrique, de manière à ce que l'interface entre les deux matériaux élastomériques soit alignée avec les deux surfaces de contact des deux pièces, et en ce que le dispositif comporte en outre un moyen de compression destiné à appliquer, audit dispositif, une pression prédéterminée de manière à éviter tout fluage des 15 matériaux élastomériques contenus dans les orifices. [0007] Ceci permet d'éviter les mouvements de fluage intempestifs des matériaux pendant les tests de caractérisation et permet ainsi d'augmenter la précision et la fiablitiés des tests. [0008] Le dispositif de mesure comprend également l'une ou plusieurs des 20 caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : la première pièce peut présenter une forme générale de pavé parallèlipipédique et la deuxième pièce peut présenter un coude ou renvoi d'angle permettant l'emboitement des deux pièces selon la direction axiale X, - chacune des surfaces de contact des deux pièces peut être sensiblement plane et 25 présenter un état de surface ayant une rugosité Ra de l'ordre de 3,2, les deux pièces peuvent être destinées à être emboîtées l'une sur l'autre selon un axe Y sensiblement perpendiculaire à l'axe X, la deuxième pièce pouvant ainsi former chapeau et venant partiellement recouvrir la première pièce, - la première pièce peut être destinée à reposer sur un plan de travail anti-adhésif, 30 chacune des pièces peut comporter, à son extrémité axiale externe, un perçage destiné à raccorder le dispositif à une machine de traction, - les deux pièces peuvent être des pièces métalliques. [0009] L'invention concerne également un procédé de de caractérisation en cisaillement d'une interface au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, ledit procédé 35 comportant les étapes suivantes : - positionner la première pièce sur un plan de travail, 3 - remplir le premier orifice de la première partie avec un matériau élastomérique de manière à ce que la surface du matériau présente une continuité de surface avec la surface de contact de la première pièce, disposer la deuxième pièce sur la première pièce selon un axe Y sensiblement 5 perpendiculaire à l'axe X, - remplir le deuxième orifice de la deuxième pièce avec un matériau élastomérique, appliquer une pression prédéterminée sur le dispositif . [0010] Le procédé peut être caracatérisé en ce que l'orifice de la deuxième partie 10 accueille le matériau élastomérique le plus dense et/ou en ce que le dispositif est vidé par calcination des matériaux testés après la caractérisation de ceux-ci. Brève description des figures [0011] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques 15 et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de 2 0 caractérisation en cisaillament d'une interface selon l'état de la technique, la figure 2 est une une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de caractérisation en cisaillement d'une interface selon la présente invention,au repos - la figure 3 est une vue similiaire à la figure 2 mais le dispositif est en action. 25 Description de modes de réalisation de l'invention [0012] Dans toute la description qui suit, est défini un axe X, dit axe de ciaillement, qui est l'axe d'actionnement du dispositif 10 de caracatérisation en cisaillement d'une interface selon l'invention. 30 [0013] Par matériau élastomérique (ou élastomère), on entend désigner un matériau comportant au moins un polymère présentant des propriétés dites élastiques ou souples. Ces matériaux sont classiquement obtenue par réticulation de monomères et supportent de très grandes déformations avant d'atteindre leur point rupture. [0014] La figure 1 montre un dispositif 1 de caractérisation en cisaillement d'une 35 interface 2 entre deux matériaux élastomériques formant échantillon 3 selon l'état de la technique. Lorsque la dispositif 1 est mis en action et qu'une force de cisaillement est appliquée le lond de l'axe X, on constate que les deux matériaux de l'échantillonn 3 sont 4 déformés et subissent un phénomène de fluage important. Le fluage des deux matériaux n'est d'ailleurs pas identique. Ce phénomène de fluage fait que l'effort de cisaillement appliqué sur l'échantillon 3 est absorbé par les matérieux et que l'effet sur l'interface 2 est réduit voire inexistant. La mesure est donc faussée voire nulle. 5 [0015] Le disposisitf 10 selon l'invention se compose, comme visible sur la figure 2, de deux pièces métalliques A et B. [0016] La première première pièce A présente une forme générale de pavé parallélipipèdique, par exemple droit, s'étendant de manière sensiblement droite d'une longueur LA le long de l'axe X. La première pièce A présente une hauteur h inférieure à la 10 longueur LA, le long d'un axe Y sensiblement perpendicaulaire à l'axe X. La première pièce A comporte ainsi deux surfaces opposées 12, 14 sensiblement parallèles entre elles et à l'axe X sur toute la longueur de la longueur LA. La première pièce A présente en outre une largeur 1A. [0017] La pièce A présente en outre, entre les deux surfaces parallèles opposées 15 12, 14 un premier orifice traversant 16, par exemple circulaire. Ce premier orifice 16 présente un axe 16A parallèle à l'axe Y. Ce premier orifice 16, obtenu par exemple par alésage, est percé avec un diamètre D. Ce diamètre D est défini en fonction de la surface désirée d'une interface 18 à caracatériser et décrite plus loin. [0018] La première pièce A est, de préférence, positionnée sur un plan de travail T 20 anti adhésif, par exemple du téflon. La surface 12 forme ainsi face d'appui sur le plan de travail T. [0019] La deuxième pièce B du dispositif selon l'invention, est également un pavé parallélipipédique, ici droit, comportant au moins deux surfaces parallèles opposées 20, 22. Un second orifice 24 est managé, par exemple par alésage, dans la deuxième pièce 25 B. Cet orifice 24 est ici circulaire, avec un axe 24A parallèle à l'axe Y. Ce second orifice 24 est percé au même diamètre D que celui du premier orifice 16. [0020] La deuxième pièce B présente en outre, sur toute sa largeur IB, un coude ou renvoie d'angle 25 selon l'axe Y. Ce coude ou renvoi d'angle 25 forme un épaulement présente la même hauteur h que celle des arrêtes de la première pièce A. Les arrêtes de 30 l'épaulement du coude 25 ont la même inclinaison i que les arrêtes de la première pièce A. Ici, il s'agit d'un angle vertical. Ce coude ou renvoi d'angle 25 permet l'emboitement des deux pièces A,B selon la direction axiale X. La surface 14 de la première pièce A et la surface 20 de la deuxième pièce B sont alors mises au contact l'une de l'autre de manière à former un plan d'interface P sensiblement parallèle à l'axe X à hauteur h de la face 35 d'appui 12. De manière avantageuses, la deuxième pièce B recouvre la première pièce A selonl'axe Y. 5 [0021] Les surfaces 14 et 20 sont destinées à coopérer par translation. Les surfaces de contact 14, 20 doivent pouvoir translater librement l'une par rapport à l'autre. Ainsi, chaque surface de contact 14, 20 est sensiblement plane (par rapport à l'axe X) et chaque surface de contact 14, 20 présente un état de surface présentant une rugosité de 5 préférence de l'ordre de Ra= 3.2 [0022] La planéité et l'état de surface des surfaces de contact 14, 20 permet en outre de réduire les phénomènes de fluage des matériaux formant l'interface 18 entre les 2 parties A, B lorsque le dispositif 10 est actionné. [0023] On peut définir, pour chacune des pièces A, B, une extrémité externe A1, 10 B1 qui n'est pas au contact de l'autre pièce et une extrémité interne A2, B2 au contact de l'autre pièce. En d'autres termes, les extrémités externes sont opposées suivant l'axe X. [0024] Le coude ou renvoi d'angle 25 forme ainsi surface d'abutement pour l'extrémité interne A2 de la première pièce A. [0025] Le coude ou renvoie d'angle 25 permet de bien centrer et ré-axer les deux 15 pièces A, B en cas de décalage par rapport à l'axe X. On obtient ainsi, lorsque le dispositif 10 est en fonctionnement, une sollicitation en traction pure des deux pièces A, B du dispositif 10 selon l'invention et donc une solliciation en cisaillement pure de l'interface 18 à caractériser. [0026] Lorsque les deux pièces A, B sont correctement emboitées et centrées, les 20 axes 16A, des deux orifices 16, 24 sont sensiblements alignés selon l'axe X. De même, lorsque les deux pièces A, B sont correctement emboîtées et centrées, les contours des deux orifices 16, 24 sont sensiblements alignés selon l'axe X. Les deux orifices 16, 24 sont ainsi coaxiaux selon l'axe Y. Pour s'assurer de la coaxialité des deux orifices 16, 24, ceux-ci sont réalisés dans les pièces A, B mises une fois emboîtées. La surface de 25 l'interface 18 à caractériser se confond avec le plan d'interface P formé par les surfaces de contact 14, 20. [0027] Pour aider au centrage des deux pièces A, B, le dispositif 10 est en outre muni d'un plot de centrage C. Ce plot de centrage C, dans le présent exemple, se présente sous la forme d'une tige munie d'une tête. Il est destiné à s'enfoncer dans deux 30 trous Cl, C2 ménagés respectivement dans la première pièce A et la deuxième pièce B. Les deux trous sont coaxiaux selon l'axe Y. Le trou C2 est un trou lamé traversant la pièce B de part en part. Le lamage est destiné à retenir la tête du plot de centrage C. L'extrémité libre de la tige du plot de centrage C s'enfonce quant à elle dans le trou C1 de la première pièce A. Dans le présent exemple, le trou C1 est un trou borgne.Ainsi le 35 centrage des pièces A, B est assuré à la fois par la géométrie d'emboîtement et par le plot de centrage C. 6 [0028] Un perçage a et un perçage b sont ménagés respectivement dans l'extrémité externe Al et B1 de chacune des deux pièces A, B, de manière à permettre un raccord rapide à une machine de traction (non représentée). Le dispositif 10 est compatible avec une machine de traction classique ce qui permet d'évite les ajustements 5 et les montages spécifiques. [0029] Le dispositif 10 comporte, en outre, un moyen de compression (non représenté) destiné à éviter le fluage des matériaux formant l'interface 18 à caracatériser. En effet, ce moyen de compression est fixé sur le dispositif 10 de manière à appliquer, au dispositif 10, une pression suffisante pour éviter tout fluage desmatériaux contenus dans 10 les orifices 16, 24 et formant l'intrfacel8 à caracatériser, lorsque le dispositif 10 est activé. Ce moyen de compression peut, par exemple, être un type de type serre-joint. [0030] Ce moyen de compression combiné à la planéité et à l'état de surface Ra des surfaces de contact 14, 20 des pièces A, B permet d'éviter tout risque de fluage des matériaux élastomériques et permet ainsi d'obtenir des mesures précises. 15 [0031] Lorsqu'un utilisateur désire caracatériser l'interface 18 de deux matériaux élastomèriques, il applique alors un procédé comportant trois étapes : - une étape de montage du dispositif 10, - une étape de remplissage du dispositif 10, une étape de mise en action du dispositif 10. 20 [0032] Lors de l'étape de montage, l'utilisateur emboîte les deux pièces A, B et s'assure de leur bon centrage. [0033] Lors de l'étape de remplissage, l'utilisateur rempli tour à tour, et dans cet ordre là, d'abord le premier orifice 16 de la pièce A, puis le deuxième orifice 24 de la pièce B. Chacun des deux orifices 16, 24 est rempli avec un matériau élastomérique différent, 25 l'interface entre ces deux matériaux formant l'interface 18 à caractériser. [0034] Le premier orifice 16 accueille le matériau le plus dense. Le premier orifice 16 est rempli jusqu'à ce que celui-ci soit complètement plein et que la surface de matériau élastomérique soit affleurante à et sensiblement coplanaire avec la surface de contact 14 de la pièce A. Cet ajustement des surfaces du matériau élastomérique et de la première 30 pièce A peut se faire, par exemple, au moyen d'une spatule métallique de préférence droite et raide. [0035] Le deuxième orifice 24 accueille le matériau le plus fluide. Lors du remplissage du deuxième orifice 24, il convient de prendre les précautions nécessaires de manière à éviter toute détérioration de la surface du premier matériau. On obtient ainsi 35 une interface 18 de diamètre D à caractériser. Cette interface 18 est sensiblement plane et compatible avec l'étude de ses caractéristiques mécaniques en cisaillement. 7 [0036] Il convient de s'assurer que la viscosité des matériaux étudiés est suffisante pour ne pas créer de ménisque. En mécanique des fluides (en particulier dans le domaine d'étude des phénomènes de capillarité), on qualifie de ménisque une région courbe de la surface libre d'un liquide/fluide qui se forme à proximité d'une surface solide 5 selon sa nature et son orientation. Un ménisque pourrait déplacer l'interface 18 et fausser les tests en traction en décalant l'interface 18 par rapport à l'axe de cisaillement X. [0037] Dans une variante non représentée, les surfaces internes des orifices 16, 24 peuvent être usinées de manière à présenter des rainures. Ces rainures permettent d'augmenter l'adhérence des matériaux auxdites surfaces internes des orifices 16, 24 (et 10 donc des pièces A, B). Il est ainsi possible de réduire le risque de formation de ménisque. [0038] Avant de passer à l'étape de mise en action en cisaillement le long de l'axe X du dispositif 10, les deux matériaux formant l'interface 18 à caracatérisé sont mis en compression au moyen du serre-joint (ou autre moyen de compression). Lorsque le dipositif 10 est mis en action (voir figure 3), on constate que les parois des orifices 16, 24 15 ainsi que l'étanchéité du plan d'interface P empèchent les phénomènes de fluage des matériaux formant l'interface 18 à caracatériser. Les efforts de cisaillement le long de l'axe X sont donc entièrement transmis à l'interface 18. [0039] Le montage du dispositif 10 selon l'invention facilite la mise en oeuvre du procédé de caractérisation ainsi que la précision et donc la répétabilité des mesures 2 0 prises. [0040] Une simple calcination permettra ensuite de libérer le moyen d'essais. [0041] Le dispositif 10 selon l'invention permet de faciliter la mise en oeuvre des tests de caracatérisation en cisaillement de façon significative. La position de l'interface 18 est beaucoup plus précise que dans les dispositifs de l'état de la technique et la 25 répétabilité de l'essai est également meilleur. Ainsi il permet d'améliorer REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de caractérisation en cisaillement d'une interface (18) destiné à être actionné selon un axe de cisaillement X, le dispositif comportant une première pièce (A) et une deuxième pièce (B) présentant chacune au moins une surface de contact (14, 20) parallèle à l'axe X, et étant destinées à être mises au contact l'une de l'autre le long de leurs surfaces parallèles (14, 20) à l'axe X, caractérisé en ce qu'un orifice (16, 24) traversant est ménagé perpendiculairement à l'axe X dans chacune des deux pièces (A, B), et que : les deux orifices (16, 24) présentent le même diamètre (D) et sont destinés à être alignés l'un avec l'autre lorsque le dispositif (10) n'est pas activé, ces deux orifices (16, 24) sont destinés à être rempli chacun avec un matériau élastométrique, de manière à ce que l'interface (18) entre les deux matériaux élastomériques soit alignée avec les deux surfaces de contact (14, 20) des deux pièces (A, B), et en ce que le dispositif (10) comporte en outre un moyen de compression destiné à appliquer, audit dispositif (10), une pression prédéterminée de manière à éviter tout fluage des matériaux élastomériques contenus dans les orifices (16, 24). 2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première pièce (A) présente une forme générale de pavé parallèlipipédique et que la deuxième pièce (B) présente un coude ou renvoi d'angle (25) permettant l'emboitement des deux pièces (A,B) selon la direction axiale X. 3. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracatérisé en ce que chacune des surfaces de contact (14, 20) des deux pièces (A, B) sont sensiblement planes et présentent un état de surface ayant une rugosité Ra de l'ordre de 3,2. 4. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux pièces (A, B) sont destinées à être emboîtées l'une sur l'autre selon un axe Y sensiblement perpendiculaire à l'axe X, la deuxième pièce (B) formant ainsi chapeau et venant partiellement recouvrir la première pièce (A). 30 35 5. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caracatérisé en ce que la première pièce (A) est destinée à reposer sur un plan de travail (T) anti-adhésif. 9 6. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des pièces (A, B) comporte, à son extrémité axiale externe (Al, B1), un perçage (a, b) destiné à raccorder le dispositif (10) à une machine de 5 traction. 7. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux pièces (A, B) sont des pièces métalliques. 10 8. Procédé de caractérisation en cisaillement d'une interface (18) au moyen d'un dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : positionner la première pièce (A) sur un plan de travail (T), - remplir le premier orifice (16) de la première partie (A) avec un matériau 15 élastomérique de manière à ce que la surface du matériau présente une continuité de surface avec la surface de contact (14) de la première pièce (A), disposer la deuxième pièce (B) sur la première pièce (A) selon l'axe Y sensiblement perpendiculaire à l'axe X, - remplir le deuxième orifice (24) de la deuxième pièce (B) avec un matériau 20 élastomérique, appliquer une pression prédéterminée sur le dispositif (10). 9. Procédé selon la revendication précédente, caracatérisé en ce que le deuxième orifice (24) de la deuxième partie (B) accueille le matériau élastomérique le plus 25 dense. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caracatérisé en ce que le dispositif (10) est vidé par calcination des matériaux testés après la caractérisation de ceux-ci.30