Academic literature on the topic 'Matières plastiques – Extrusion'

On présente successivement : une analyse du processus de fabrication de filets plastiques suivant le procédé TRICAL: une étude expérimentale du fonctionnement de la tête d'extrusion ; une étude théorique des écoulements de polymères thermoplastiques dans des filières d'extrusion avec gonflement en sortie. Les principaux résultats obtenus sont: la constitution d'un «système expert» permettant la prédétermination des outillages et fournissant les règles de conduite du procédé ; un code de calcul permettant d'étudier en bidimensionnel les écoulements dans la filière et le gonflement en sortie, pour des lois de comportement du polymère quelconques. L'algorithme utilisé est du type Euler-Lagrange, les développements ont portés essentiellement sur la prise en compte de la surface libre et les conditions aux limites aval

Lors de la transformation des matières plastiques, on observe pour certains polymères une évolution des propriétés rhéologiques au cours de la mise en œuvre. Ce phénomène de modification des propriétés a fait l'objet d'une caractérisation expérimentale exhaustive dans le passé, mais la compréhension des mécanismes moléculaires qui en sont à l'origine est une question ouverte. Nous présentons une étude qui se situe depuis l'échelle du procédé de mise en forme jusqu'à celle du laboratoire, dans laquelle nous évaluons en particulier les importances relatives de cette modification physique et de la dégradation chimique, dans le cas de l'extrusion couchage de polyéthylènes basse densité. L'étude à l'échelle du laboratoire met en évidence des cinétiques singulières de recouvrance lente des propriétés initiales et permet d'évaluer les effets de la présence de ramifications longues et de la largeur de la distribution des masses molaires. En s'appuyant sur ces résultats, nous montrons qu'on peut dissocier une échelle de temps relativement courts liée à la relaxation des contraintes et une échelle de temps beaucoup plus longs liée à la recouvrance des propriétés rhéologiques initiales. Nous avons alors développé un modèle basé sur les concepts les plus récents de dynamique moléculaire. Ce modèle associe le mécanisme de désenchevêtrement à la relaxation des chaînes vers leur conformation d'équilibre. Nous montrons en particulier qu'on peut expliquer qualitativement les résultats expérimentaux sans introduire de paramètres supplémentaires. Enfin, dans le contexte des procédés de mise en œuvre des thermoplastiques, nous essayons de relier cette modification des propriétés rhéologiques aux paramètres d'extrusion et de l'intégrer dans la prédiction des performances en mise en forme
In polymer processing one can observe a modification of the rheological properties during the extrusion process. This phenomenon also called "shear modification" or "shear refining" has been well characterized from an experimental point of view, although the molecular mechanisms involved in this phenomenon are still not really understood. In this study we present relevant experimental data ranging from the processing scale up to the laboratory scale. In particular we evaluate the respective effects of the reversible physical modification with respect to the irreversible chemical degradation, on the extrusion coating performances of two commecial low density polyethylenes. The laboratory scale approach shows some very specific recovery kinetics of the original rheological properties; it also allows to make a qualitative comparison of long chain branching and molecular weigth distribution effects. Our results show that one may consider two different timescales: one corresponding to relatively short times linked to a "regular" stress relaxation and the other corresponding to longer relaxation times associated with a slow recovery kinetics. We thus developped a model based on recent concepts of molecular dynamics which relate the disentanglement mechanism to the chain conformation relaxation. This model shows in particular that one can explain qualitatively the experimental results without any additional material parameter. Finally, we try to relate the "shear modification" effects to extrusion parameters in order to integrate this phenomenon in the optimization of processing performances

La transformation et la formulation du maïs plante entière ont été étudiées pour obtenir un nouveau matériau composite biodégradable pouvant être mis en forme par injection moulage. Le maïs plante entière est constitué d'une fraction thermoplastifiable d'amidon et de protéines et d'une fraction de fibres lignocellulosiques qui le prédisposent à la réalisation d'agromatériaux. Le traitement thermo-mécano-chimique de la matière est réalisé dans un extrudeur bi-vis. La transformation en milieur faiblement hydraté est étudiée dans des conditions d'extrusion contrôlées et pour un profil de vis comprenant une zone de malaxeurs et une zone de contr-filets. Pour chaque zone fonctionnelle de l'extrudeur, le taux de transformation des extrudats est corrélé aux temps de séjours locaux et aux énergies spécifiques délivrées à la matière. En sortie d'extrudeur, le maïs plante entière se présente sous la forme d'une matrice thermoplastique d'amidon déstructuré dans laquelle les fibres lignocellulosiques sont réparties de façon homogène. La mise en forme des extrudats de maïs plante entière est réalisée dans une presse à injecter de 90T de force de fermeture. La matière, plastifiée uniquement avec de l'eau, est injectée entre 110 et 150°C, pour une humidité supérieure à 16%. La substitution d'une partie de cette eau de plastification par un plastifiant moins volatil, diminue le retrait post-injection et améliore la stabilité dimensionnelle des pièces. La déstructuration chimique à la soude de la fraction lignocellulosique du maïs plante entière, augmente la fluidité de la matière. L'introduction dans la formulation de savons d'huile de pins, diminue les interactions à l'interface matériau/moule, favorisant ainsi le démoulage. La transformation du maïs plante entière selon ce procédé, conduit à des objets moulés dont les propriétés mécaniques mécaniques sont proches de celles des plastiques usuels.

La stabilité des écoulements multicouches est actuellement largement étudiée en raison de son intérêt industriel. Ce travail se propose d'approfondir la compréhension du mécanisme d'apparition des instabilités puis d'étudier leur propagation. Une expérience de coextrusion a été mise au point en géométrie annulaire dans un rhéomètre à capillaire de manière à contrôler finement débit et température. Les matériaux de l'étude, trois polystyrènes et deux polyméthylméthacrylates, ont été caractérisés d'un point de vue rhéologique et masses moléculaires. Une loi de carreau permet de traduire leur comportement visqueux. Après extrusion, l'échantillon bicouche solide est observé en coupe par microscopie optique après inclusion et polissage. Sa géométrie est décrite grâce à un logiciel d'analyse d'image. L'étude en régime stable montre une bonne corrélation entre la géométrie expérimentale et celle prévue par une simulation monodimensionnelle. Diverses méthodes d'introduction de perturbation ont ensuite été testées expérimentalement. Une augmentation du débit total de l'écoulement provoque des instabilités mais leur apparition n'est pas reproductible. La propagation du phénomène a été reliée à l'existence d'un maximum de vitesse décentré et cette dissymétrie a été recréée en considérant un mécanisme de glissement à l'interface généré par une huile silicone de basse viscosité introduite à l'interface sur une partie d'une ligne d'écoulement. La perturbation apparait alors de manière reproductible. Sa propagation est étudiée grâce à deux paramètres, décentrement et ovalisation, traces en fonction de paramètres rhéologiques. Une stabilisation nette est observée sur les diagrammes lorsque la viscosité externe diminue. L'élasticité semble jouer un rôle secondaire. D'autre part, une simulation en deux dimensions permet de relier glissement et décentrement du maximum de vitesse. Enfin, une série d'expériences en géométrie filière plate, plus proche des conditions industrielles, a été réalisée. L'interface est observée par l'intermédiaire de deux hublots. Les conditions d'extrusion choisies apparaissent peu favorables au développement d'une instabilité, celles-ci peuvent par contre être générées par une variation de débit

Le procédé d'extrusion des polymères est souvent limité en débit par l'apparition d'instabilités. En effet, aux petits débits, l'extrudat est lisse, puis lorsqu'on augmente le débit on trouve successivement le défaut de peau de requin, le défaut oscillant et enfin le défaut en volume. Cette thèse a pour but de comprendre l'origine moléculaire du défaut de peau de requin et du défaut oscillant pour, in fine, augmenter la cadence de production en modifiant la distribution des masses moléculaires ou la tacticité des polymères linéaires. Après une étude bibliographique qui fait un état du savoir sur les défauts peau requin et oscillant, nous avons étudié la rhéologie en viscoélasticité linéaire et non-linéaire de polymères linéaires de différentes espèces chimiques. Nous avons ensuite modélisé ces résultats en petites et grandes déformations avec le modèle de Doi͏̈-Edwards. La validation de ce modèle dans les écoulements simples, nous a permis de l'appliquer dans le cas de l'écoulement d'un polymère dans une filière plate afin de prédire le profil de vitesse et de montrer un lien entre le défaut de peau de requin et le profil de vitesse. Pour expliquer l'origine et le mécanisme de ce défaut, nous nous sommes intéressés à la théorie de Griffith et au modèle de la trompette de de Gennes. Ceci nous a permis de proposer une solution pour décaler le défaut de peau de requin. Pour expliquer le défaut oscillant, nous avons proposé un modèle de glissement basé sur des concepts développés par de Gennes et Brochard. Selon cette approche, le mécanisme de glissement serait dû à un phénomène thermodynamique d'intergiditation entre les molécules de la surface et celles du volume
The extrusion process of polymers is often limited in flow by instabilities. Indeed, at small flow rate, the extrudate is smooth, then when increase the flow rate, we find successively the sharkskin defect, the spurt and the gross melt fracture. The goal of this thesis, is to understand the molecular origin of the sharkskin and the spurt for, in fine, increasing the rate of production by modifying the molecular weight distribution or the tacticity of linear polymers. After a bibliographical study, which makes a state of the knowledge on the the sharkskin and the spurt, we have studied the linear and non-linear viscoelasticity properties of linear polymer of various chemical species. We have modelled the rheological results, in small and large deformations with the Doi͏̈-Edwards model. The validation of this model in the simple flows, enabled us to apply it in the case of the flow of a polymer in a flat die in order to predict the velocity profile and to show a link between the sharkskin defect and the velocity profile. To explain the origin and the mechanism of this defect, we were interested in the theory of Griffith and the model of the trumpet of de Gennes. This enabled us to find a solution to shift the sharkskin defect. To explain the spurt, we proposed a model of slip based on concepts developed by de Gennes and Brochard. According to our approach, the mechanism of slip would be due to a thermodynamic phenomenon between the molecules of surface "the pseudo brush" and those of volume

Ces travaux ont pour but un meilleur contrôle de procédés d'extrusion réactive, de greffage et de compatibilisation de polymères immiscibles. Or, un procédé d'extrusion réactive est le résultat de couplages complexes entre des processus physiques et chimiques. Cette étude s'intéresse au développement d'outils de caractérisation en 'ligne de ce type de procédés ainsi qu'aux interactions entre les différents processus impliqués. La première partie concerne la caractérisation des zones de fonctionnement d'une extrudeuse, et en particulier la zone de fusion. Différentes méthodes sont proposées pour déterminer la distribution des temps de séjour locaux, à travers la mise en place d'un système de détection en ligne, le principe de convolution et la modélisation de certaines zones de fonctionnement. Ces zones peuvent ainsi être caractérisées en terme de temps de séjour, d'écoulement et de macromélange. L'un des objectifs de ce travail est d'étudier le rôle de la fusion d'un polymère au cours d'un procédé réactif. Cette étude propose également une caractérisation en ligne de l'état de fusion du polymère. La deuxième partie est consacrée au contrôle d'une étape de greffage, et en particulier de la distribution des greffons. Un procédé de compatibilisation nécessite souvent une étape de fonctionnalisation par greffage. Les objectifs annoncés sont le contrôle de la distribution des greffons et l'amélioration d'une étape de compatibilisation ultérieure. Dans ce contexte, ce travail met en évidence l'influence des processus de fusion (ou de plastification) et de mélange des réactifs sur cette distribution des greffons. Les processus physiques étant indissociables de la cinétique de greffage, une modélisation globale du greffage est présentée. Enfin, à partir du contrôle de la distribution des greffons, une étude est menée pour améliorer la morphologie d'un mélange de polymères compatibilisés.

Actuellement, les tubes PVC multi-couches dédiés aux systèmes d'assainissement ne garantissent pas une résistance aux chocs suffisante. Une étude a donc été menée pour améliorer la ténacité des tubes. L'analyse du procédé de fabrication, l'extrusion, montre que ce processus est complexe. Les propriétés attendues des tubes dépendent de paramètres liés au procédé de fabrication ainsi qu'à ceux liés produit. Il existe une réelle difficulté à déterminer les paramètres cruciaux sur lesquels agir pour améliorer la ténacité. Afin de les identifier, des tests de chocs instrumentés ont été réalisés. Ces tests montrent que la ténacité n'est pas homogène autour du tube. Il existe des zones de plus faible résistance au niveau des surfaces de recollement créées lors de la fabrication. Pour limiter l'impact de ces surfaces sur la ténacité des tubes, un modèle numérique en 3D de l'écoulement de la matière dans la tête d'extrusion a été mis en place. Une modification de l'outillage a été proposée
Currently, the multi-layer PVC pipes, used for sewage systems does not guarantee an enough impact resistance. A study was thus undertaken to improve the toughness of pipes. The analyse of the manufacturing process, the extrusion, shows that this process is complex. The awaited properties of the pipes depend on parameters related to the manufacturing process like to the product. It exists a real difficulty to find the crucial parameters on which to act to improve the toughness. To identify them, instrumented impact tests were realized. These tests show that thoughness is not homogeneous aroud the pipe. There are zones of weakest strength to the level of the welding surfaces, created during the manufacturing. To reduce the impact of these surfaces on the pipe toughness, a 3D numerical model of the melt flow was set up. A modification of the dies was proposed

L'apparition des défauts d'extrusion représente une limitation sérieuse des cadences de production lors des opérations de transformation des matières plastiques. Pour cette étude, nous disposons de 2 copolymères styrène-butadiène (SBR) statistiques de structure linéaire et en étoile. L'apparition et le développement des différents défauts d'extrusion sont clairement identifiés. L'influence des paramètres d'extrusion (débit, température, longueur et angle d'entrée de la filière, rugosité de la surface d'entrée) est examinée. Notre étude montre que le taux de cisaillement apparent critique du déclenchement de la rupture d'extrudat est 50 fois plus élevé pour le copolymère SBR en étoile par rapport au polymère linéaire. Les lignes de courant sont visualisées par suivi de particules, et le niveau de contrainte est déterminé par biréfringence d'écoulement. Lors de l'apparition de la rupture d'extrudat, les franges isochromes situées juste en amont du plan de contraction oscillent entre 2 états de contrainte voisins. Nous montrons que le copolymère SBR en étoile peut endurer des contraintes élongationnelles 3 fois plus élevées que le polymère linéaire avant le déclenchement des instabilités d'écoulement. L'utilisation de milieux filtrants à l'entrée de la filière permet de réduire de manière significative la sévérité de la rupture d'extrudat. La visualisation des lignes de courant et les expériences de biréfringence indiquent une stabilisation de l'écoulement après l'introduction d'un filtre. Les expériences de tirage de jonc avec un Rheotens font apparaître une diminution de la force de rupture qui est fonction du pouvoir de filtration. Par contre, le taux de tirage n'est pas affecté par le passage à travers les filtres. La diminution de la force à la rupture est attribuée à un désenchevêtrement momentané des chaînes macromoléculaires lors de l'extrusion à travers les filtres
Two linear and star-branched statistic styrene-butadiene (SBR) copolymers are extruded. The succession and evolution of the different flow defects are clearly identified. The influence of extrusion parameters on defects (flow rate, temperature, die entrance angle, surface roughness of the die entrance) is investigated. . . [etc. ]

Les matériaux polymères, largement utilisés dans de nombreux domaines, présentent néanmoins certaines limitations liées à leurs mauvaises propriétés thermiques. La principale méthode pour les ignifuger consiste à disperser dans la matrice polymère un retardateur de flamme. Cependant, les composés utilisés actuellement soit produisent des fumées toxiques lors de la combustion, soit nécessitent d'être utilisés en proportion très importante au détriment des propriétés mécaniques de la matrice. Les dérivés phosphoré-azotés sont connus pour leurs bonnes propriétés thermiques ; dans ce cadre, les cyclotriphosphazènes peuvent constituer une nouvelle génération de retardateurs de flamme non halogénés. Dans le but d'ignifuger les matériaux polymères par des cyclotriphosphazènes, une stratégie de synthèse a été mise au point pour élaborer de nouveaux cyclotriphosphazènes porteurs de fonctions réactives permettant le greffage du cyclotriphosphazène sur la matrice polymère et/ou la formation de particules par homopolymérisation. Les cyclotriphosphazènes fonctionnalisés ont été analysés par différentes techniques d'analyses telles que la RMN, la chromatographie liquide, la chromatographie d'exclusion stérique et la spectrométrie de masse. Dans un second temps, une étude prospective sur la dispersion et la réactivité des cyclotriphosphazènes par extrusion a été réalisée sur des matrices de polyamide 12, polyéthylène ou poly(éthylène-co-alcool vinylique) contenant un taux de charge en cyclotriphosphazène de 10 % en masse. Les propriétés thermiques de ces composites ont été évaluées par des analyses thermogravimétriques et des mesures de LOI
Polymer materials are widely used in various fields. Nevertheless their use is limited by some disadvantage due to their low thermal stability. The dispersion of fire retardants in the polymer matrix is the main method to improve its thermal stability. However compounds which are used currently either produce toxic smokes during combustion or must be used in huge ratio at the expense of mechanical properties. Phosphorus-nitrogen compounds are known for their good thermal stability, therefore cyclotriphosphazenes should constitute a new generation of non-halogen fire retardant. To improve the fire stability of polymer by incorporation of cyclotriphosphazenes, a way of synthesis was drawn up to prepare cyclotriphosphazenes functionalized by reactive functions which are able to react with the polymer matrix and/or to form particles by homopolymerisation. These functionalized cyclotriphosphazenes were analyzed by different techniques such as NMR spectroscopy, liquid chromatography, steric exclusion chromatography and mass spectrometry. In a second part, a prospective study on the dispersion and reactivity of cyclotriphosphazenes by extrusion was conducted with different polymers: polyamide 12, polyethylene and poly(ethylene-co-vinyl alcohol) using a cyclotriphosphazene mass ratio of 10%. Thermal stability of these compounds was evaluated by thermogravimetric analyses and LOI measurements