Le test couronne pour la mesure de l'adhérence substrat-adhésif

The crown test for the measure of the adhesive-substrate adherence

Laboratoire Génie de Production, École Nationale d'Ingénieurs, BP 1629, 65016 Tarbes Cedex, France

Reçu : 4 Mars 2009
Accepté : 25 Mai 2009

Résumé

Cet article est dédié à la présentation d'un test mécanique de rupture, adapté à la mesure de l'adhérence entre un substrat et un adhésif structural. L'assemblage collé testé a une géométrie axisymétrique. Il est constitué d'un substrat cylindrique central entouré d'une couronne d'adhésif épaisse moulée autour du substrat. Pendant le test, la couronne d'adhésif est en appui sur la traverse fixe de la machine d'essais et la traverse mobile pousse le substrat central vers le bas, le long de son axe de révolution, jusqu'à la rupture provoquant la séparation du substrat et de l'adhésif. Ces conditions expérimentales ont été modélisées, en utilisant le code de calcul ANSYS 11.0, afin d'évaluer la distribution des contraintes dans l'assemblage sous charge. Le résultat le plus important de cette modélisation est l'extrême concentration des valeurs maximales positives des contraintes principales, dans une zone annulaire interfaciale cylindre-couronne, au bord libre de la partie inférieure de la couronne d'adhésif. C'est dans cette zone qu'a lieu l'initiation des ruptures provoquées par un cisaillement et une ouverture de l'interface. Dans ces conditions, des ruptures interfaciales sont attendues, ce qui a été vérifié par les résultats expérimentaux avec, de plus, des faibles valeurs de la charge à la rupture. Avec un tel comportement mécanique, le test couronne est un outil efficace pour évaluer l'adhérence entre un substrat et un adhésif structural.

Abstract

This paper is devoted to the presentation of a mechanical rupture test adapted to the measure of the adherence between a substrate and a structural adhesive. The bonded assembly has an axisymmetrical geometry. It is constituted by a central cylindrical substrate surrounded by a thick adhesive crown moulded around the substrate. During the test, the adhesive crown is in support on the steady test-machine crosshead and the moving crosshead push down the central substrate along its axis of revolution, until the rupture leading to the adhesive and substrate separation. These experimental conditions have been modelled by finite elements, using the Ansys 11.0 software, to evaluate the stress distributions in the loaded assembly. The most important result of this model is that positive maximal values of main stresses are highly concentrated, in an annular area located at the lower free edge of the adhesive crown and close to the cylinder-crown interface. Ruptures initiates in this area, provoked by opening and shear of the interface. In these conditions, interfacial ruptures are expected, what was verified by the experimental results with, moreover, low values of the rupture load. With such a mechanical behaviour, the crown test is an efficient tool to appraise the adherence between a substrate and a structural adhesive.