Influence des conditions opératoires sur la formation de nanocomposites de polypropylène en extrusion bivis corotative

National audienceDes nanocomposites polypropylène/argile organophile ont été préparés par mélange à l'état fondu à l'aide d'une extrudeuse bivis co-rotative. Un polypropylène fonctionnalisé anhydride maléique (PP-g-MA) a été utilisé comme compatibilisant afin d'améliorer la qualité de la dispersion. L'objectif de cette étude est d'examiner les effets des conditions opératoires ainsi que du profil des vis. Le degré de dispersion a été caractérisé par la diffraction des rayons X (XRD), la microscopie électronique en transmission (MET) et des mesures rhéologiques en régime dynamique. Les résultats obtenus par XRD ont montré que l'état d'intercalation est globalement indépendant des conditions d'extrusion. Cependant, l'exfoliation, estimée par les mesures rhéologiques en petites déformations, dépend des conditions de mélange. Nous montrons que, pour un profil de vis donné, l'effet des conditions d'extrusion (débit Q et vitesse de rotation N) sur l'état de dispersion peut être relié au rapport Q/N. Les essais de démontage révèlent qu'il y a une relation entre l'état de dispersion le long de la vis et la déformation cumulée subie par les matériaux lors de leur mise en oeuvre

Interprétation moléculaire du défaut de "stick-slip" des polymères linéaires = Molecular interpretation of the stick-slip defect of linear polymers

National audienceDès les premières publications qui se sont intéressées au défaut de "stick-slip" (ou défaut oscillant) des polymères linéaires, les auteurs ont soupçonné que les molécules de polymère glissaient sur les parois. Dans cet article, nous nous proposons de préciser le lien entre le défaut de "stick-slip" et le glissement moléculaire à la paroi. De plus, nous proposerons, en nous appuyant sur le modèle de Brochard - de Gennes et la dynamique des chaînes macromoléculaires à la paroi, des expressions des contraintes et taux de cisaillement critiques à l'apparition du défaut oscillant. Enfin, nous mettrons en place un critère d'existence de ce défaut, lié à la distribution des masses moléculaires

Influence de la dispersion sur le comportement rhéologique de nanocomposites polypropylène/argile

National audienceDes nanocomposites polypropylène/argile modifiée ont été préparés par mélange à l'état fondu à l'aide d'un mélangeur interne. Un polypropylène fonctionnalisé anhydride maléique (PP-g-MA) a été utilisé comme compatibilisant afin d'améliorer la qualité de la dispersion. Le degré de dispersion a été caractérisé par la diffraction des rayons X, la microscopie électronique en transmission et les mesures rhéologiques en régime dynamique. L'effet de la concentration de PP-g-MA et des conditions opératoires a été examiné. On montre que le degré de dispersion dépend à la fois de la concentration en PP-g-MA et des conditions de malaxage. Les mesures rhéologiques montrent que les modules G' sont très sensibles au niveau de dispersion. Une loi de Carreau-Yasuda à seuil, dont les paramètres dépendent de l'état de dispersion, est proposée pour décrire le comportement de ces matériaux

Etude de la réalisation de nanocomposites polypropylène/argile

National audiencePolypropylene/organoclay nanocomposites have been prepared via direct melt intercalation in an internal mixer. The maleic anhydride grafted polypropylene (PP-g-MA) was used as a compatibilizer to improve the dispersibility of the clay. The structures of nanocomposites have been characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy as well as melt rheology. The effect of concentration of PP-g-MA and processing parameters was investigated. It is found that the degree of dispersion depends on both concentration and processing conditions. Optimizing the process conditions can minimize the necessary amount of PP-g-MA. The study of linear viscoelastic properties show that the storage modulus G' is sensitive to the microstructure of nanocomposites. In some cases, rheometry is more sensitive than X-ray diffraction measurements = Des nanocomposites polypropylène/argile modifiée ont été préparés par mélange à l'état fondu à l'aide d'un mélangeur interne. Un polypropylène fonctionnalisé anhydride maléique (PP-g-MA) a été utilisé comme compatibilisant afin d'améliorer la qualité de la dispersion. Le degré de dispersion a été caractérisé par la diffraction des rayons X, la microscopie électronique en transmission et les mesures rhéologiques en régime dynamique. L'effet de la concentration de PP-g-MA et des conditions opératoires a été examiné. On montre que le degré de dispersion dépend à la fois de la concentration en PP-g-MA et des conditions de malaxage. La concentration de PP-g-MA peut être minimisée par l'optimisation des conditions de mise en oeuvre. Les mesures rhéologiques montrent que les modules G' sont très sensibles au niveau de dispersion. Dans certains cas, ces mesures sont beaucoup plus sensibles que celles de la diffraction des rayons X

Effet de la surface de la filière sur l'apparition du défaut oscillant en extrusion de polymère linéaire

International audienceCe travail porte sur la relation entre le défaut oscillant (stick-slip) et le glissement moléculaire à la surface de la filière pour les polymères linéaires. En considérant le modèle de glissement de Brochard-de Gennes et la dynamique moléculaire à la paroi, nous proposons une expression qui donne la contrainte critique de cisaillement à l'apparition du défaut oscillant en fonction de la mouillabilité du polymère sur la surface de la filière et, plus précisément, en fonction de l'angle de contact apparent entre le polymère et la paroi

Le glissement à la paroi d'un mélange de caoutchouc naturel

National audienceLa condition de non-glissement à la paroi est l'hypothèse de départ de nombreux calculs d'écoulements dans les procédés de mise en forme. Si cette condition n'est pas remplie, il en découle des erreurs dans la détermination des grandeurs rhéologiques. Le phénomène de glissement à la paroi est fréquemment rencontré pour les mélanges d'élastomères, pour lesquels ce glissement est souvent assimilé à un glissement apparent, résultant de la formation d'une fine couche de fluide de faible viscosité à la paroi. Dans cette étude, la caractérisation rhéologique d'un mélange à base de caoutchouc naturel est effectuée sur un rhéomètre capillaire à pré-cisaillement et la méthode de dépouillement adoptée est la méthode de Mooney. Cette méthode est toutefois prise en défaut aux fortes contraintes de cisaillement à la paroi. Une interprétation est proposée pour expliquer ce résultat

Etude expérimentale du défaut hélicoïdal d'un polystyrène en écoulement

National audienceL'objet de cet article est la caractérisation expérimentale de l'instabilité hélicoïdale observée lors de l'écoulement d'un polystyrène en géométrie axisymétrique. C'est en effet en rhéométrie capillaire que l'étude du défaut s'avère la plus simple : l'extrudat présente, au delà d'un certain débit, des distorsions hélicoïdales très nettes. L'étude présentée s'attache à décrire l'influence des conditions d'écoulement (géométrie, température...) sur le déclenchement de cette instabilité. Par ailleurs, une quantification du défaut en terme de périodicité révèle que la fréquence caractéristique de l'instabilité repose sur les propriétés viscoélastiques du polymère utilisé. Il semblerait, en outre, que l'initiation du défaut hélicoïdal soit liée au caractère élongationnel de l'écoulement dans le convergent

Multiscale simulation of mixing processes using 3D-parallel, fluid-structure interaction techniques

International audienceThis work focuses on the development of a general finite element code, called Ximex®, devoted to the three-dimensional direct simulation of mixing processes of complex fluids. The code is based on a simplified fictitious domain method coupled with a "level-set" approach to represent the rigid moving boundaries, such as screws and rotors, as well as free surfaces. These techniques, combined with the use of parallel computing, allow computing the time-dependent flow of generalized Newtonian fluids in large and complex processes, involving moving free surfaces which are treated by a level-set/Hamilton-Jacobi method. Two flow case studies will be presented in this paper: the flow within a twin-screw extruder and the flow in a batch mixer

Mesh immersion technique for 3D moving domain calculation and applications to twin-screw extrusion and mixing

International audienceThis work is concerned with the development of numerical techniques devoted to the simulation of the flow of a polymer melt in mixing processes such as twin-screw extrusion. In mixing or twin extrusion process simulation, the absence of symmetry of the moving boundaries (the screws) implies that their rigid body motion has to be taken into account by using a special treatment. In this study, we introduce a new technique called Mesh Immersion Technique (MIT), which consists in : a) using a P1+/P1-based (MINI-element) mixed finite element method for solving the velocity-pressure problem, b) solving the problem in the whole barrel cavity and imposing a rigid motion (rotation) to nodes found located inside the so called immersed domains. Each sub-domain (screw) is represented by a surface mesh. The independent meshes are immersed into a unique background computational mesh by calculating the P1 approximation of the function giving the distance to their respective surfaces. A multiphase approach, combined with parallel computing, is used to compute the flow of generalized Newtonian fluids in a complex system such as a twin screw extruder or a batch mixer, including moving free surfaces

Caractérisation rhéologique de bitumes 70/100 utilisé comme matrice de confinement de déchets radioactifs

National audienceL'objectif de cet article est une étude rhéologique approfondie du bitume pur 70/100. Le bitume étant constitué de deux composants majeurs, les asphaltènes dispersés dans une matrice maltène, l'évolution de la microstructure du bitume en fonction de la température rend l'applicabilité du Principe d'Equivalence Temps-température (PETT) incertaine. Deux formes de représentation du PETT seront présentées et l'applicabilité du principe discutée. Le profil d'évolution de la viscosité en fonction du taux de cisaillement et un test de créneaux de contraintes confirment la présence d'un seuil d'écoulement, inférieur à 1 Pa, qui semble thermodépendant en dessous de 50°C. En appliquant la règle de Cox-Merz, une courbe maîtresse de viscosité peut être obtenue sur une très large gamme de taux de cisaillement pour les températures supérieures à 50°C. Elle est modélisée avec précision par une loi de Carreau-Yasuda à seuil