Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 23, Numéro 6, juin 1988
Page(s) 1085 - 1101
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:019880023060108500
Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1085-1101 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:019880023060108500

Instabilités de déformation pendant l'étirage des polymères solides

C. G'Sell

Laboratoire de Physique du Solide, U.A. CNRS 155, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Nancy, Parc de Saurupt, 54042 Nancy Cedex, France


Abstract
The forming processes of solid polymers (thermoforming, stamping, film and fiber stretching) are affected by plastic instability phenomena. These instabilities correspond to different strain localization mechanisms : a) at the microscopic scale (nm scale), cascades of conformational changes in macromolecules ; b) at the mesoscopic scale (μm scale), shear bands, intra-spherulitic inhomogeneities and crazes ; c) at the macroscopic scale (mm scale), diffuse necking and kinking. These phenomena are interpreted in terms of the intrinsic constitutive equation of the material which expresses the influence of strain and strain rate on plastic flow stress. This equation reflects the structural modifications undergone by the material during the deformation. Furthermore, it gives the necessary information for the prediction of strain instabilities by means of computer modelling such as the Finite Difference Method. Two model cases are investigated with a particular attention : the uniaxial tension of High Density Polyethylene cylinders on one hand, and the plane strain stretching of Polyethylene Terephtalate thin films on the other hand.


Résumé
Les procédés de mise en forme des polymères à l'état solide (thermoformage, emboutissage, étirage de films et de fibres) sont affectés par des phénomènes d'instabilités plastiques. Ces instabilités correspondent à différents mécanismes de localisation de la déformation : a) à l'échelle microscopique (quelques nm), cascades de changements conformationnels des macromolécules ; b) à l'échelle mésoscopique (quelques μm), bandes de cisaillement, hétérogénéités intra-sphérolitiques et microcraquelures ; c) à l'échelle macroscopique (quelques mm), strictions diffuses et pliages. Ces phénomènes sont interprétés sur la base de la loi de comportement intrinsèque du matériau qui exprime l'influence de la déformation et de la vitesse de déformation sur la contrainte d'écoulement plastique. Cette loi reflète directement les modifications structurales subies par le matériau dans les conditions de l'essai. Par ailleurs, elle donne les informations nécessaires à la modélisation des instabilités à l'aide de techniques de calcul telles que la Méthode des Différences Finies. Deux cas modèles sont étudiés avec une attention particulière : la traction uniaxiale de cylindres de Polyéthylène à Haute Densité d'une part, et l'étirage en déformations planes de films minces de Polytérephtalate d'Ethylène Glycol d'autre part.

PACS
6140K - Structure of polymers, elastomers, and plastics.
6220F - Deformation and plasticity.
6220M - Fatigue, brittleness, fracture, and cracks.
8120S - Preparation of polymers and plastics.
8140L - Deformation, plasticity and creep.
8140N - Fatigue, embrittlement, and fracture.

Key words
crazing -- difference equations -- necking -- plastic flow -- polymers -- forming processes -- solid polymers -- thermoforming -- stamping -- fiber stretching -- plastic instability phenomena -- strain localization mechanisms -- conformational changes -- macromolecules -- shear bands -- intra spherulitic inhomogeneities -- crazes -- diffuse necking -- kinking -- intrinsic constitutive equation -- strain -- plastic flow stress -- deformation -- Finite Difference Method -- uniaxial tension -- High Density Polyethylene cylinders -- plane strain stretching -- Polyethylene Terephthalate thin films