Contribution à l’analyse des écoulements de polymères fondus en parois minces

Contribution to the analysis of molten polymer flows through narrow gaps

• Auteur / Autrice : Sira Uhalte Nogues
• Direction : Patricia Krawczak, Christian Gondard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 18/12/2009
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Mesure

Polymères -- Rhéologie

Viscosité

Polyéthylène

Matières plastiques -- Moulage par injection

Mots clés libres

Écoulement en parois minces

Nanocharges

Résumé

La réduction de l’épaisseur des pièces injectées en polymères répond à des objectifs d’allègement, de productivité et de développement durable. Elle peut avoir, parce que mécanismes l’interface polymère/outillage deviennent prépondérants, des effets négatifs sur la qualité du produit fini et les moyens de fabrication à mettre en œuvre. L’optimisation du procédé nécessite d’une part la compréhension de ces mécanismes locaux, d’autre part la proposition de solutions techniques pertinentes aptes à faciliter l’écoulement. Un dispositif expérimental de rhéométrie capillaire en ligne a été développé, permettant d’accéder aux gradients de vitesse très élevés rencontrés dans le procédé de fabrication. Son utilisation, en combinaison avec celle de moyens rhéologiques plus classiques a permis de juger de la pertinence de diverses solutions envisagées pour faciliter l’injection d’un polyéthylène basse densité en parois minces (réduction de la masse moléculaire, addition d’agents glissants, ajout de nanocharges visant à augmenter la rigidité de la pièce finie). La caractérisation rhéologique isotherme a montré l’inefficacité des agents glissants considérés et les limites potentielles de la réduction de masse moléculaire. Elle a en revanche mis en évidence l’intérêt de l’utilisation de nanocharges en termes d’amélioration des propriétés mécaniques et d’aptitude à l’écoulement en parois minces. La validation sur pièces industrielles injectées (en régime anisotherme) conduit à nuancer quelque peu ces conclusions. Dans ce cas, l’utilisation d’une masse moléculaire faible nanorenforcée s’avère plus pertinente, notamment par un mécanisme de concentration de la charge dans la veine fluide

Reducing the wall thickness of the injection moulded polymeric parts meets requirements of lightness, productivity and sustainable development. This may induce poor quality of the final product and issues during processing. Those effects are due to the mechanisms taking place at the polymer/tool which prevail during the flow. Processing optimization requires a better understanding of these local mechanisms and effective technical solutions to facilitate the polymer flow. An original experimental device for online capillary rheometry has been developed, in which very high shear rates, characteristic of the injection moulding process, can be achieved. This device, combined with that data from more traditional rheological characterization allows to evaluate different solutions for improving the injection moulding of a low density polyethylene in thin walls (molecular weight reduction, slip agents, nanoparticles intended for increasing the rigidity of the final part). The isothermal rheological investigation have shown the inefficiency of the lubricating agents considered for this study and the limited potential of the reduction of polymer molecular weight. Nevertheless, it highlighted the interest of adding nanoparticles to the injected polymer to assure an improvement of the mechanical properties and for varying the flow property in thin walls. The validation of this method on industrial injected parts (anisothermal mode) offered some finer conclusions. In particular, the use of nanocomposites based on low molecular weight polymers seems more relevant, in particular due to a concentration mechanism of the nanoparticles in the fluid vein.