Les élastomères Polydiméthylsiloxane (PDMS) sont largement utilisés dans les domaines des capteurs flexibles, des systèmes optiques de composants électroniques et de la biomécanique en raison de leurs excellentes caractéristiques de flexibilité, de transparence optique, d'incombustibilité, de stabilité chimique, de non - toxicité, de biocompatibilité et de faible coût. Dans ces applications, les organes PDMS sont souvent soumis à des contraintes multiaxiales complexes et s'accompagnent d'un comportement de déformation important. Pour obtenir des options raisonnables pour les matériaux mous dans des situations de travail réelles, il est important de caractériser et de prédire avec précision la réponse contrainte - déformation du PDMS dans différents modes de déformation. À cette fin, Satya PAL et Abir Bhattacharyya, de l'Institut indien de technologie, ont utilisé la technique de corrélation numérique d'image sans contact (DIC) pour mesurer avec précision le champ de déformation de la surface de l'échantillon sous déformation finie, discuter de l'influence des modes de déformation sur leur réponse contrainte - déformation et, sur cette base, déterminer la loi d'évolution du rapport de poisson du PDMS en fonction de la déformation.

Cet article a d'abord été testé mécaniquement en compression uniaxiale, en traction uniaxiale et en déformation simple en cisaillement, le modèle de l'échantillon étant représenté sur la figure 1, et l'évolution du champ de déformation du PDMS au cours de ce processus a été acquise par DIC, comme illustré sur les figures 2 à 4. Les résultats montrent que la technique DIC permet de mieux décrire la loi d'évolution du champ de déformation du PDMS en fonction du temps de chargement dans différents modes de déformation.

Figure 1 Modèle d'échantillon

Figure 2 Évolution de la déformation axiale en fonction du temps dans le cas d'une compression uniaxiale

Figure 3 Evolution de la déformation en élongation au cours du temps dans le cas d'une traction uniaxiale

Figure 4 Evolution de la contrainte de cisaillement au cours du temps dans une situation de cisaillement simple

Sur la base des mesures de champ de déformation décrites ci - dessus, cet article étudie en outre l'obtention de courbes de relation contrainte - déformation dans des conditions de compression uniaxiale, de traction uniaxiale et de cisaillement simple pour des PDMS avec différentes proportions d'agent de durcissement, comme illustré sur la figure 5. Les résultats montrent que plus la proportion d'agent de durcissement est élevée, plus le module apparent du PDMS est important. Il existe de grandes différences dans le comportement mécanique du PDMS dans différents modes de déformation, le comportement non linéaire est significatif dans le cas de la compression uniaxiale et le comportement de durcissement par déformation est prédominant; Le PDMS présente une relation contrainte - déformation approximative de l'élasticité linéaire en cas de cisaillement simple; Alors qu'en traction uniaxiale, le PDMS présente une réponse non linéaire de ramollissement avant durcissement lorsque la proportion d'agent de durcissement est relativement élevée (10: 1), alors qu'il ne présente qu'un ramollissement sous contrainte lorsque la proportion d'agent de durcissement est relativement faible. Ce phénomène peut être lié à la gamme de déformation modérée étudiée ici.

Figure 5 relation contrainte - déformation du PDMS dans différents modes de déformation

Enfin, la loi d'évolution du rapport de poisson en fonction de la déformation du PDMS est obtenue directement dans cet article à partir des données du champ de déformation dans l'essai de traction uniaxiale, comme illustré sur la figure 6. Les résultats montrent que le taux de poisson n'est pas lié au taux de déformation, au pourcentage d'agent de durcissement, avec une moyenne d'environ 0,44. Cet article, basé sur l'hypothèse de l'élasticité linéaire pour obtenir le module d'Young par rapport au module d'élasticité du PDMS, respectivement, déduit des valeurs de rapport de poisson proches des résultats obtenus directement par le champ de déformation. Le PDMS se comporte comme un solide incompressible à faible contrainte et son comportement mécanique peut être décrit par un modèle linéaire élastique.

Figure 6 Evolution du rapport de poisson PDMS en fonction de la déformation en traction

En résumé, cet article a mesuré le champ de déformation de surface du PDMS dans trois modes de déformation typiques à l'aide du DIC et a déterminé l'ampleur du rapport de poisson sur la base de l'hypothèse de l'élasticité linéaire et de la mesure directe de la déformation, respectivement. Les résultats montrent une différence significative dans le comportement mécanique des PDMS dans différents modes de déformation et peuvent être considérés comme des solides linéairement élastiques dans des conditions de faible déformation. Il est important de noter que le comportement de durcissement par déformation du PDMS n'est pas suffisamment visible, car la portée de l'étude de déformation dans cet article ne dépasse pas 40%. Par conséquent, des études expérimentales de plus grands niveaux de déformation sont encore nécessaires pour établir un modèle de configuration non linéaire dans des conditions de déformation importante, où l'applicabilité de la méthode DIC peut être limitée.

Le document a été publié dans Polymer Testing sous le titre « Measurement of axial and Shear Mechanical Response of PDMS Elastomers and Determination of poisson’s ratio Using Digital Image Correlation ».