Instabilité oscillante de polyéthylènes linéaires : observations et interprétations

The spurt flow instability of linear polyethylenes : observations and interpretations

• Auteur / Autrice : Laurent Robert
• Direction : Yves Demay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vélocimétrie laser Doppler

Polymères

Résumé

Nous étudions expérimentalement l’instabilité oscillante, un défaut d’intrusion des polymères fondus, sur des polyéthylènes haute densité avec deux systèmes d’extrusion : un rhéomètre capillaire et une extrudeuse munie d’une filière plate transparente, permettant les mesures instantanées de la pression, des vitesses locales par vélocimétrie laser Doppler et des contraintes par biréfringence d’écoulement. En rhéométrie capillaire, nous avons étudié l’évolution des paramètres de l’instabilité, effectué une analyse du glissement à la paroi et rapporté l’existence d’instabilités plus complexes. Enfin, un modèle d’oscillations de relaxation a été appliqué. En filière plate, les résultats confirment que, durant l’instabilité, le profil de vitesse oscille entre deux profils limites stables : un profil en branche I au comportement visqueux et un profil en branche II avec un glissement à la paroi majoritaire. Nous montrons que les contraintes et les vitesses d’écoulement sont en phase et en quadrature avec la pression. Le glissement semble s’initier dès l’entrée du canal et s’établir sur toute sa longueur, mais pas sur toute sa largeur (phénomène de localisation). Des expériences supplémentaires montrent que l’instabilité disparaît avec l’utilisation de surfaces recouvertes de fluoropolymère, et que l’utilisation des filtres placés en entrée du canal diminue la sévérité du défaut.

We have experimentally investigated the spurt or stick-slip defect, an extrusion instability of linear polymer melts, on high density polyethylenes with two extrusion devices : a capillary rheometer and an extruder equipped with a transparent slit die, where transient measures of pressure drop, local velocities by laser Doppler velocimetry and stress fields by flow birefringence are possible. With the capillary rheometer the influence of the operating conditions was investigated, the wall slip was analyzed and new complex transients were reported. Finally, an oscillation relaxation velocity profile oscillates between two steady state profiles : a classical viscous profile on branch of stresses and velocities are in phase, and in quadrature with the pressure. Wall slip seems to be initiated at the beginning and occurs all along the die land, but is not homogeneous in the die width (confined slip phenomenon). Additional experiments have shown that using fluoropolymercoated surfaces eliminates the instability, and filters placed at the entrance of the die decreases the severity of the spurt defect.