ETAT DES RECHERCHES SUR LES JAUGES DE CONTRAINTE EN POLYMERE PIEZOELECTRIQUE PVF₂

Résumé
Les jauges de mesure de contrainte en polyfluorure de vinylidène (PVF₂), fabriquées à partir de films biétirés de bonne qualité et polarisés selon le procédé ISL à des valeurs de polarisation rémanente élevées (9,5 µC/cm²), apportent des possibilités nouvelles et réelles en métrologie des ondes de choc (pression, accélération...). La dépendance de la fréquence, de la température et de la pression (jusqu'à 10 kbar) des propriétés diélectriques, des relaxations moléculaires et des transitions de phase du PVF₂ et d'un copolymère VF₂/VF₃ est présentée. Pour le copolymère, la température de transition ferroélectrique et la température de fusion augmentent très largement avec la pression. Pour le PVF₂ la température de fusion T_m croît également de façon notable avec la pression. De ce fait, on perçoit pourquoi ces polymères piézoélectriques peuvent être utilisés comme jauges de contrainte à des pressions élevées. Ainsi la réponse électrique de capteurs en PVF₂ ISL possédant différents degrés de polarisation a été étudiée sous l'action d'ondes de choc calibrées (<35 GPa). Cette réponse est fidèle jusqu'à 30 GPa. La polarisation rémanente a une influence notable sur la non-linéarité de la réponse du capteur et affecte la valeur maximale de contrainte d'utilisation de ces jauges. Par ailleurs, la réponse des jauges en PVF₂ ISL soumises à des chocs de structures complexes a été comparée simultanément à la mesure de la contrainte axiale effectuée au moyen du VISAR. On discute les résultats obtenus. Des exemples de mesures de contraintes induites par lasers et par explosifs dans des cibles inertes sont présentés. On compare aussi les résultats obtenus avec des jauges PVF₂ ISL et avec des jauges commerciales.

Abstract
Polyvinylidene fluoride (PVF₂) stress gauges fabricated from high quality, biaxially stretched film, and electrically poled to high values of remanent polarization (9,5 µC/cm²) according to ISL process are the basis for new gauging capabalities for measurements of shock waves (pressure, acceleration...). The frequency, temperature and hydrostatic pressure (<10 kbar) dependences of the dielectric properties, molecular relaxations and phase transition in PVF₂ and a copolymer with a 30 % trifluorethylene are presented. For the copolymer, both the ferroelectric transition and dynamic melting temperatures exhibit large increases with pressure. The dynamic melting temperature (T_m) of PVF₂ shows also a large increase with pressure. This suggests an explanation why it is possible to use these polymers as shock wave gauges to relatively high shock pressure. The electrical response of PVF₂ ISL shock gauges with various degrees of polarization was studied under shock loading (<35 GPa). The observed response shows good fidelity until 30 GPa. The value of the remanent polarization has a significant influence on nonlinearity and probably affects the maximum useful stress for shock gauge applications. The response of PVF₂ ISL gauges subjected to complex loading and unloading was compared to VISAR measurements. The results are discussed. Examples of laser and explosive induced shock waves are presented. Comparsion between commercial PVF₂ and ISL PVF₂ gauges are shown.