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RÉSUMÉ
Le développement de nouveaux matériaux polymères requiert de plus en plus souvent de mélanger plusieurs polymères ou un polymère avec des charges minérales ou des fibres. Ces opérations de mélange sont spécifiques par rapport à celles que l’on rencontre dans d’autres domaines du Génie Chimique parce que la très forte viscosité des polymères fondus interdit de créer de la turbulence, qui est le principal mécanisme de mélange pour des systèmes de faible viscosité. L’objectif de cet article est d’introduire quelques concepts de base qui gouvernent les opérations de mélanges et qui permettent de quantifier leur efficacité, afin d’éclairer le fonctionnement des différents outils industriels.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-François AGASSANT : Professeur - MINES ParisTech, PSL Research University, CEMEF (Centre de Mise en Forme des Matériaux), UMR CNRS 7635, Sophia Antipolis, France
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Francis PINSOLLE : Ingénieur ENSEM (École nationale supérieure d’électricité et de mécanique de Nancy) - Master of Science de l’Université de Philadelphie - IAE (Institut d’administration des entreprises d’Aix-en-Provence)
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Bruno VERGNES : Directeur de Recherches - MINES ParisTech, PSL Research University, CEMEF (Centre de Mise en Forme des Matériaux), UMR CNRS 7635, Sophia Antipolis, France
INTRODUCTION
Mélanger plusieurs polymères entre eux ou mélanger un polymère avec des charges minérales, des fibres de renfort, des réactifs chimiques permet d’obtenir des propriétés nouvelles (conductivité thermique et/ou électrique, propriétés barrières, ignifugation…) ou d’améliorer les propriétés existantes (en particulier les propriétés mécaniques).
Mélanger des polymères et des charges revient le plus souvent à effectuer deux types d’opérations bien différentes :
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réduire la taille des entités à disperser, c’est-à-dire casser les charges minérales ou les nodules de la phase polymère minoritaire : c’est ce que l’on appelle le mélange dispersif ;
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distribuer ensuite ces entités de la façon la plus homogène possible au sein de la matrice polymère : c’est ce que l’on appelle le mélange distributif.
Pour effectuer ces opérations, il est nécessaire de créer au sein des outillages des écoulements complexes, induisant des niveaux de contraintes élevés, sans toutefois dégrader la matrice polymère. Les procédés correspondant peuvent être soit discontinus (mélangeurs internes), soit continus (extrudeuses).
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Différents concepts de mélange5. Glossaire
Compoundage ; compounding
Opération industrielle consistant à réaliser un matériau généralement complexe par mélange d’une ou plusieurs charges (solides ou liquides) au sein d’une matrice à l’aide d’un procédé d’extrusion.
Déformation cumulée ; cumulative strain
Quantité de déformation (calculée comme le produit du taux de déformation par le temps) accumulée par un élément de matière au cours d’un écoulement.
Énergie mécanique spécifique ; specific mechanical energy
Énergie liée à la vitesse de déformation du matériau, ramenée à l’unité de masse ou de volume. Elle s’exprime en pratique en kilowattheure par tonne (kWh/t).
Flambage ; buckling
Phénomène d'instabilité de forme qui se manifeste dans des pièces soumises à un effort normal de compression.
Loi de mélange ; mixing law
Expression permettant de calculer la propriété d’un mélange à partir des propriétés des constituants et de leur proportion (massique ou volumique).
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MANAS-ZLOCZOWER (I.) - Mixing and Compounding of Polymers – Theory and Practice. - Hanser (2009).
-
(2) - COLLIN (V.), BOUDIMBOU (I.), PEUVREL-DISDIER (E.) - * - . – J. Appl. Polym. Sci., 127, p. 2121-2131 (2013).
-
(3) - SCURATI (A.), FEKE (D.L.), MANAS-ZLOCZOWER (I.) - * - . – Chem. Eng. Sci., 60, p. 6564-6573 (2005).
-
(4) - RWEI (S.P.), MANAS-ZLOCZOWER (I.), FEKE (D.L.) - * - . – Polym. Eng. Sci., 31, p. 558-562 (1991).
-
(5) - LEE (Y.J.), FEKE (D.L.), MANAS-ZLOCZOWER (I.) - * - . – Chem. Eng. Sci., 48, p. 3363-3372 (1993).
-
(6) - DURIN (A.) - Modélisation du mélange de polymères chargés et de la casse de fibres rigides en extrusion bivis. - Thèse de Doctorat, MINES...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Ximex ©, code général 3D pour l’extrusion et le mélange, est commercialisé par la société SCC (Sciences Computers Consultants, 10, rue du plateau de Glières, 42000, Saint-Étienne)
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Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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