Academic literature on the topic 'Extrusion – Polymères'

Afin d'obtenir des nouveaux materiaux plastiques, le melange des polymeres est un processus couramment utilise. L'extrusion monovis est un procede de mise en forme des matieres plastiques qui permet d'obtenir un melange efficace en mmodifiant la vis d'extrusion. Pour cela, la tete de melange de type maddock est utilisee, afin d'etudier son effet sur la qualite du melange. Dans cette etude, le melange dispersif est surtout etudie. La partie experimentale de cette these etudie la dispersion de la phase secondaire dans la matrice du polymere (le melange pvc et le melange pp/caco3). Parallelement a cette etude experimentale, un modele numerique a ete develope pour caracteriser le melange des polymeres. Pour cette approche numerique, la methode des elements frontieres (bem) a ete choisie. La methode classique bem ne permet pas de resoudre les problemes d'ecoulements non-newtoniens, ceci nous a amene a utiliser certaines techniques afin d'adapter la resolution par bem. Pour cela la technique de multi domaine combinee avec la methode de la reciprocite duale (drm) est utilisee. Un logiciel "poly_bem" a ete developpe dans le cadre de cette these. Des simulations numeriques en comportement newtonien et non-newtonien respectivement en 3d et en 2d ont permis de calculer la dispersion a l'aide de l'indice d'ecoulement (flow number). Afin de valider ces resultats, une confrontation qualitative a ete realisee montrant notamment l'effet benefique de la tete de melange. L'ecoulement dans certaines zones de la tete de melange (l'entree et la sortie du passage entre canaux) exerce un type d'ecoulemement elongationel favorisant la dispersion plus que dans d'autres zones<br>In order to obtain new plastic materials, polymers mixing is a very commonly used process. Polymers processing using single-screw extrusion makes it possible by modifying the screw of extrusion. For this reason, the maddock mixing head is used in ordrer to study its effect on quality of the mixing. In this work, the dispersive mixing is especially studied. The experimental part of this project studies the dispersion of secondary phase in polymer matrix. Beside the experimental study, the numerical methods can be used to provide more detailed information on the mixing flows. In this study the boundary element method (bem) is used. Whereas, the polymer flows exibit non-newtonians behaviors and consequently non-linear constitutive equations, the bem simulations have to take this into account. The classical bem enables to solve this type of problems. Specific techniques have to be developed in order to adapt the bem resolution. For that, the technique of multy domain decomposition together with the dual reciprocity method (drm) has been developed. Software called "poly_bem" has been developed based upon bem. Newtonian and non-newtonian computations have been performed in 3d and 2d respectivly. The dispersion performances of mixing devices are calculated using using the flow number definition. In order to validate these results, preliminary comparaisons have been carried out showing the benefical effect of mixing head. The polimer flow in specific zones of the mixing head (the entry and the exit of the narow gap) exhibits elongational flows improving dispersion more than in other zones

Ces travaux portent sur la stabilite en extrusion des polymeres fondus en ecoulement en contraction brusque. Les phenomenes observes sont la fissuration en sortie de filiere, le glissement a la paroi et les instabilites. On a utilise des polydimethylsiloxanes et differents types de polyethylene, dont les structures moleculaires (quantite et repartition des ramifications) ont ete caracterisees. Chaque ecoulement a ete visualise en sortie de filiere ; des mesures de vitesses ont ete faites dans le capillaire, a sa paroi et en amont de la contraction. Le developpement du phenomene de fissuration en sortie de filiere a ete observe : le scenario suivi se generalise a l'ensemble des polymeres fondus. Les ramifications longues permettent d'attenuer leur profondeur. Les ecoulements a debit impose peuvent presenter des regimes avec oscillations instantanees de la pression. L'augmentation de la compressibilite en augmentant le nombre de ramifications permet de les attenuer, parfois de les eliminer. Un milieu poreux place en entree de filiere les elimine totalement. En extrusion de polymeres fondus, il existe deux types de glissement a la paroi. Le premier s'observe dans des filieres de faible energie de surface en ecoulement stable. La contribution du glissement au debit n'evolue alors pas. Le second, glissement macroscopique de nature cohesive, ne depend pas de la nature de la surface de la filiere et est gere par des effets de volume en ecoulement instable. La contribution du glissement au debit augmente avec le regime d'extrusion ; on tend vers un ecoulement en bloc. En terme de rentabilite en extrusion, l'introduction de ramifications longues permet de repousser l'apparition des instabilites mais le gain est non reproductible. Par contre, un milieu poreux de fort pouvoir filtrant place en amont de la contraction repousse cette apparition d'un facteur 2 au moins. Ces instabilites s'initient en amont de la contraction sur l'axe de l'ecoulement, la ou l'elongation est maximale et elles generent des ecoulements instationnaires en volume. Elles ont au moins une frequence propre qui est la meme que celle mesuree en amont de la contraction le long des lignes de courant et en sortie de filiere. Meme si les variations instantanees locales de la vitesse peuvent etre importantes, celles de la vitesse sur l'axe et celles du debit sont faibles.

Dans le cadre de la diversification des sources énergétiques, les piles à combustible apparaissent comme une technologie prometteuse. La pile à combustible est un système électrochimique qui convertit l'énergie chimique d'une réaction d'oxydoréduction en énergie électrique, avec production simultanée d'eau et de chaleur. La membrane électrolyte polymère est l'un des verrous technologiques sur lesquels bute le développement des piles à combustible, avec des impératifs de performance, de longévité, de recyclage et de coût. Des études précédentes proposaient comme alternative au Nafion®, le matériau utilisé actuellement, des membranes à base d'un polyélectrolyte thermoplastique polyéthersulfone, associé éventuellement à une charge inorganique. L'objectif de ce travail était d'élaborer à partir de ce matériau des membranes par extrusion alors que les polymères fonctionnels de ce type sont généralement mis en forme par des techniques de coulée-évaporation polluantes, ce qui les rend difficilement transposables à l'échelle industrielle. L'extrusion, procédé largement utilisé dans l'industrie de transformation des matériaux, n'avait pas été utilisée jusqu'à présent pour la mise en forme de polymères ioniques porteurs de fonctions arylsulfoniques. Pour extruder ce type de polymère sans risque de dégradation, il a fallu vérifier l'adéquation entre le matériau et le procédé de mise en forme. Plusieurs types de polysulfones, commerciaux, sulfonés ou synthétisés par les partenaires du projet, ont été caractérisés d'un point de vue physico-chimique par la détermination des masses molaires, des transitions thermiques, et d'un point de vue rhéométrique sur une large gamme de températures et de gradients de cisaillement, de manière à connaître leur comportement en écoulement et prévoir les conditions d'extrusion. Des films ont été extrudés, leurs conductivités sont similaires à celles des membranes élaborées par coulée-évaporation et proches de celle du Nafion®. Par ailleurs, nous avons montré que l'incorporation d'une charge conductrice protonique permet de moins sulfoner le polysulfone pour un même niveau de conductivité, tout en maintenant un niveau de viscosité suffisamment faible pour permettre d'extruder ces matériaux composites. L'incorporation de charges de renfort a été également envisagée, l'extrusion de ces composites a été validée. Ce travail pourra être étendu à d'autres polymères conducteurs protoniques, comme les polyétheréthercétones et les polyétherimides, dont les membranes réalisées par coulée-évaporation ont déjà démontré leurs performances en pile à combustible<br>The aim of these studies was to process membranes by extrusion to be used in fuel cells. The functional polymers used are generally processed by polluting techniques like casting-evaporation, which are not easily transposable on industrial scale. Extrusion is a widely used shaping operation in the polymer processing industry. However, extrusion had not been used until now for arylsulfonic ionic polymers. In order to avoid any risk of degradation of the polymer during extrusion, it was necessary to define the best processing conditions. On one hand, the physicochemical characterization of the polysulfones (commercial) and sulfonated polysulfones (or synthesized by the project partners), were performed by determining their molecular weights and their thermal transitions. On the order hand, their flow behaviour was characterized over a wide range of temperatures and shearing rates using rheometric techniques. The combination of these two characterizations allowed to define the appropriate extrusion conditions. For the extruded films, the conductivities, measured by impedance spectroscopy were found to be similar with those of the membranes processed by casting-evaporation and close to those of Nafion® membranes. In addition, the incorporation of a proton-conducting filler and reinforcing fibres was also considered and the extrusion of these composite materials was validated. This work could be extended to other proton-conducting polymers, like polyetherethercetones and polyetherimides, whose membranes produced by casting-evaporation have already shown their performances in the fuel cells

Le developpement recent de l'extrusion bivis est liee a ses multiples possibilites d'utilisation et son aptitude au melange. Ce travail concerne les bivis corotatives a chenaux continus. L'etude experimentale a comporte de nombreux essais qui ont consiste a faire varier les conditions de fonctionnement (vitesse, debit) pour diverses geometries de vis (construites a partir de pas direct, pas inverse et malaxeurs). Des demontages ont rendu possible l'observation du remplissage et des differentes zones fonctionnelles de la bivis, ainsi que le prelevement d'echantillons. Cette etude a permis de comprendre le fonctionnement global de l'extrudeuse et de degager les parametres importants. Les zones fonctionnelles ont ete modelisees separement. Un modele simplifie de la zone de fusion est presente. Il rend compte de la rapidite du mecanisme mais souffre d'hypotheses restrictives. L'ecoulement longitudinal du polymere fondu dans les pas directs et inverses a ete modelise dans un repere cylindrique. La geometrie reelle du chenal et le comportement pseudo-plastique du materiau sont pris en compte. Une methode d'elements finis a permis de resoudre ce probleme. La modelisation des ecoulements a travers les malaxeurs a ete faite au moyen d'une methode de type volumes finis. L'influence de divers parametres et notamment celle de l'angle de decalage a ete etudiee. Les recirculations de la matiere ont ete quantifiees par l'intermediaire d'un coefficient de melange. La mise en serie des differents modeles d'ecoulement a l'etat fondu donne un modele d'ensemble de la machine. Ce dernier permet de reconstituer l'evolution des pressions le long des vis et de determiner les longueurs remplies. Les confrontations avec les valeurs experimentales sont satisfaisantes

Le polypropylène et le polyéthylène sont les composants majoritaires des déchets plastiques ménagés. Comme leur séparation est délicate, il semble intéressant d'étudier la possibilité de recyclage de ces polymères sous la forme d'un mélange. Ces deux polyoléfines sont immiscibles et incompatibles, de fait, leurs mélanges présentent, pour la plupart des compositions, des propriétés mécaniques inintéressantes et imprévisibles, du fait d'une morphologie souvent grossière et instable. Pour les améliorer, il faut compatibiliser le mélange en ajoutant ou en créant dans le système un agent compatibilisant (souvent un copolymère) qui se positionne `a l'interface et joue le rôle d'émulsifiant. L'objectif de ce travail est de montrer la possibilité d'amélioration des propriétés des mélanges polypropylène/polyéthylène par une voie originale de compatibilisation réactive in-situ au cours de la phase de mélangeage en extrudeuse. A cette fin, une proportion, la plus faible possible, de chaînes de polypropylène et de polyéthylène greffées anhydride maléique est ajoutée dans chacune des phases. A l' aide d'un réactif au moins bifonctionnel, appelé agent de couplage, l'agent compatibilisant est créé `a l'interface entre les deux phases du mélange. Cette étude s'articule autour de trois parties : - La première est consacrée `a un bilan bibliographique concernant le recyclage des matériaux polymères, les mélanges hétérogènes et les mélanges polypropylène/polyéthylène. De sorte `a faire ressortir l&rsquo;intérêt de cette étude et `a présenter l&rsquo;originalité de la méthode de compatibilisation envisagée. - La seconde partie de ce travail détaille l'étude de la réactivité, en milieu polymère fondu, de différentes molécules polyfonctionnelles. Deux agents de couplage ont été choisis pour être utilisés en mélange, `a partir de différents critères aussi bien pratiques qu' économiques. - Enfin, les conditions de préparation des mélanges compatibilisés sont détaillées. L'efficacité de la compatibilisation est démontrée `a l'aide de différentes techniques. Par exemple, il est mis en évidence que la morphologie des mélanges peut être affinée et stabilisée et leurs propriétés mécaniques améliorées, par la méthode de compatibilisation réactive in-situ développée dans ce travail.

Cette étude s'intéresse au mélange de 2 polymères incompatibles, chargés avec du charbon actif. Le but est de fabriquer, par extrusion bivis, un matériau dans lequel les 2 phases polymères forment une morphologie co-continue et dans lequel le charbon actif est localisé dans une seule phase composée de 2 populations de chaînes. Ce travail est décomposé en plusieurs problématiques. D'abord la phase polymère chargée a été caractérisée seule, en fonction de la fraction de grandes chaînes. D'une part, la rhéologie dynamique aux faibles déformations a permis d'établir une relation entre la valeur du module de plateau lié à la présence du charbon et son degré de dispersion, d'autre part les caractérisations physico-chimiques ont donné des éléments sur la nature des chaînes fixées sur la charge. Puis, la morphologie du mélange des 2 polymères sans charge, en particulier le domaine de co-continuité, a été étudiée par plusieurs techniques de caractérisation, en montrant l'influence du rapport de viscosité sur la morphologie. Enfin, la structure du mélange de polymères chargés avec le charbon actif (domaine de co-continuité, localisation du charbon) a été déterminée. L'influence des conditions opératoires sur la morphologie du système a également été étudiée. En ce qui concerne le procédé de mise en œuvre , il est constitué de trois étapes : extrusion bivis, extrusion monovis et calandrage. L'influence de chaque étape sur la structure du matériau final a été étudiée. Plus particulièrement, le profil de vis utilisé dans l'extrudeuse bivis a été analysé en comparant deux profils pour lesquels l'action dispersive du mélange n'a pas lieu dans les mêmes zones<br>This work focuses on active carbon dispersed in a immiscible polymer blend. The purpose of this study is to build up, in a twin screw extruder, a material with a co-continuous morphology and with a selective localization of the active carbon in one phase, composed of two populations of chains. The approach followed in this study is divided into several parts. Firstly, only the active carbon-highly filled phase was studied as a function of the long chain fraction. On the one hand, dynamic spectrometry allowed to establish a relation between the plateau modulus, due to the presence of active carbon, and the quality of the dispersion. On the other hand, physico-chemical characterizations have completed conclusions about the nature of polymeric chains fixed on the active carbon. Then, the morphology, and especially the co-continuity domain, of the immiscible polymer blends, without filler, was determined by several methods of characterization. The effect of the viscosity ratio on the blend morphology was especially investigated. Finally, the structure of the immiscible polymer blends filled with active carbon (co-continuity window and localization of the filler) was determined. The influence of the experimental conditions on the morphology of the blends has also been investigated. The process consists in three steps : twin screw extrusion, single screw extrusion and calendering. The influence of each step on the morphology of the final material has been analysed. Especially, the screw configuration used in the twin screw extruder has been investigated by comparing two configurations whose dispersive action on the blend is not located in the same zones

Dans le procède d'extrusion de film a plat, un polymère fondu est extrude a travers une filière plate puis étire dans l'air et enfin refroidi sur un rouleau thermostat. Au cours de l'étirage, on observe un rétrécissement latéral de la largeur du film ainsi qu'une diminution inhomogène de sa section. Au-delà d'une vitesse d'appel critique, on observe dans certains cas une instabilité d'étirage, appelée draw résonance, qui se manifeste par des fluctuations périodiques de l'épaisseur et de la largeur du film. Dans d'autres situations, c'est un phénomène de casse du film qui se produit. L'enjeu de notre étude consiste à comprendre la dynamique de formation du film plat afin de prédire d'une part, les phénomènes décrits précédemment, et les dimensions finales du film obtenu d'autre part. Nous avons développe des modèles de complexité croissante tant au niveau de la description cinématique de l'écoulement que de l'équation constitutive. Les modèles 1d (newtonien et viscoélastiques) permettent de mettre en ouvre la méthode de stabilité linéaire afin de prédire le phénomène d'instabilité périodique. Ces modèles constituent la première approche théorique qui prenne en compte simultanément les fluctuations de largeur et d'épaisseur du film. Ils permettent d'avancer que les polymères de haut niveau d'élasticité sont plutôt confrontes au problème de casse alors que les polymères de faible niveau d'élasticité sont plutôt confrontes au problème d'instabilité. Dans ce dernier cas, le modèle prédit que l'on peut jouer sur l'aspect géométrique du procède pour limiter le phénomène. Ces résultats sont en bon accord (qualitatif et quantitatif) avec ceux de notre étude expérimentale. L'utilisation stationnaire de ces modèles 1d permet d'obtenir des évolutions des dimensions finales du film avec les paramètres opératoires qui sont qualitativement très proches de l'expérience. La prédiction d'une section finale inhomogène nécessite la prise en compte d'une cinématique 2d. Cela conduit au développement d'un modèle de type membrane qui nécessite la mise en ouvre de méthodes de résolution par éléments finis adaptées à l'existence d'une surface libre et aux équations de transport. Ce modèle permet de retrouver avec une très bonne précision le profil de rétrécissement latéral et la section finale obtenus expérimentalement. L'influence marquante de la viscoélasticité du polymère sur les dimensions finales est mise en évidence. La loi de maxwell fournit ici des résultats d'une surprenante pertinence compte tenu du faible nombre de paramètres qu'elle met en jeu et de sa réputation discutable dans les écoulements en élongation. La simulation dynamique 2d confirme les tendances obtenues avec la méthode de stabilité linéaire et permet de prédire un déphasage entre fluctuations de largeur et d'épaisseur qui est cette fois en très bonne conformité avec les observations expérimentales

Ce travail presente une classification et une quantification de la succession des differents defauts d'extrusion que l'on peut observer sur les polyethylenes lineaires soient, le defaut de surface (peau de requin), le defaut bouchon, l'ondulation et la rupture d'extrudat. A cote de cet objectif general, nous nous sommes plus particulierement interesses au developpement du defaut de peau de requin dans un polyethylene basse densite lineaire et ce en utilisant deux techniques experimentales complementaires: la rugosimetrie pour correctement caracteriser la surface de l'extrudat et les observations de birefringence d'ecoulement qui nous ont permis de visualiser les conditions d'ecoulement a l'interieur de la filiere. Le developpement du defaut apparait comme fortement dependant de la temperature et comme quasi-independant de la geometrie de la filiere (longueur, angle d'entree). Les modelisations de l'ecoulement dans la filiere ont permis de relier l'amplitude du defaut de surface avec la distribution des contraintes dans l'ecoulement. L'emergence du defaut de peau de requin apparait comme un phenomene continu et regulier de degradation de l'etat de surface et ne semble pas pouvoir etre correlee a un quelconque phenomene de glissement a la paroi

La fonctionnalisation post-polymérisation ou post-fonctionnalisation est une technique qui permet d’apporter des propriétés spécifiques à des polymères dont les caractéristiques intrinsèques sont limitées pour une application donnée. Parmi les différentes stratégies de post-fonctionnalisation, une des plus courantes est le greffage radicalaire en milieu fondu par extrusion réactive (T &gt; 160 °C). Dans ce type de procédé, un précurseur de radicaux appelé agent de greffage est utilisé afin de greffer des unités fonctionnelles sur les chaines de polymère. A ce jour, ce sont les radicaux à base de peroxydes qui sont employés. Cependant, ces derniers engendrent souvent des réactions de réticulation de chaines qui réduisent l’efficacité du processus. Afin de surmonter ces inconvénients, il est alors important de développer de nouvelles structures pertinentes. Dans ce contexte, les travaux de recherche que nous avons entrepris dans cette thèse concernent la conception et l’étude de nouveaux agents de greffage dérivés d’acétoxyphtalimide (NAPI) pour la post-fonctionnalisation de polymères. Afin d’atteindre ces objectifs, notre démarche a été basée sur une approche multidisciplinaire comportant une étude théorique par modélisation moléculaire et une approche expérimentale incluant la synthèse et l’étude de réactivité des nouvelles structures. Par la suite, des essais de post-fonctionnalisation de polyéthylène, de polyamide ainsi que de poly(acide lactique) par ces nouveaux agents de greffage ont été réalisés. Ces essais ont montré des résultats prometteurs à l’utilisation de ces nouveaux composés par rapport aux peroxydes dans les systèmes d’extrusion<br>Post-functionalization is a technique which allows to introduce specific properties to polymers whose intrinsic characteristics are limited for a defined application. It has become an appropriate tool to answer the strong demand for performance materials that is constantly growing. Among the post-functionalization methods, one of the most exploited is the radical grafting of the polymers in the molten state by reactive extrusion (T&gt; 160 ° C). In this type of process, a radical precursor called grafting agent is used to graft functional units (monomers) onto the polymer backbone. In this context, the conventional grafting agents used in extrusion are peroxides. However, the radicals generated by peroxide compounds often lead to side reactions, particularly crosslinking reactions of the polymer chains which limit the efficiency of the process. Thus, finding a new family of grafting agents remains a challenge to optimize these extrusion systems. In this research work, the main objective is to use new grafting agents based on acetoxyphthalimide (NAPI) for extrusion. To reach this goal, our strategy is based on a multidisciplinary approach which presents a theoretical study by chemical modeling and an experimental approach by the synthesis and the reactivity study of the targeted structures. To validate the concept, polyethylene, polyamide and polylactic acid post-functionalization tests through these new grafting agents have been carried out. The results obtained have shown that these NAPI derivatives are efficient to graft monomers and to reduce the crosslinking reaction compared to peroxide agents

L'objectif principal de ce travail concerne le développement de nouveaux matériaux polymères techniques ou composites anti-feu, éco-compatibles, tout en incorporant un faible taux de charges dans le but de conserver les performances physiques et mécaniques des matériaux élaborés, pour des applications axées sur la fabrication de fils ignifuges. L'étude est basée sur la génération in situ de charges inorganiques fonctionnalisées en matrice polymère fondu au cours du procédé d'extrusion par des réactions d'hydrolyse-condensation des précurseurs alcoxysilanes. Les caractérisations morphologiques et chimiques ont mis en évidence la formation de ces composites. La compréhension des mécanismes d'ignifugation mis en jeu a mis en évidence une nette modification du comportement au feu du matériau avec l'ajout de charges silicophosphorées ce qui prouve l'intérêt de disperser les fonctions ignifugeantes par cette approche originale. Une ouverture sur les systèmes azotés a été également mise en évidence. Les performances feu évaluées à l'aide d'un microcalorimètre à combustion et d'un calorimètre à cône ont également permis de comparer des composés phosphorés introduits par la voie additive avec la charge silicophosphorée générée in situ<br>The main objective of this work is the development of new fire retardant, eco-friendly, engineering composites, with the incorporation of a low load of fillers in order to maintain the physical and mechanical properties. The study is based on the in situ generation of functionalized inorganic fillers in the polymer matrix during the melt extrusion process by hydrolysis-condensation reactions of alkoxysilane precursors. Morphological and chemical characterization revealed the formation of these composites. Fire tests data showed a significant modification in the fire behaviour of the materials with the addition of the silico-phosphorylated fillers, which proves the interest of dispersing the fire retardant functions by this novel approach. An opening on nitrogen systems was also highlighted. The fire performance evaluated using a microcalorimeter and a combustion cone calorimeter was also used to compare phosphorus compounds introduced by the additive approach and the silico-phosphorylated filler generated in situ the molten copolymer