Introduction
Le comportement rhéologique des masses fondues de polymères constitue la base du moulage et de la transformation. À l'aide d'un rhéomètre capillaire, il est possible d'étudier les variations de viscosité d'une masse fondue de polymère à différentes températures et à différents taux de cisaillement, et de prédire efficacement le comportement des polymères lors de leur transformation, fournissant ainsi une base scientifique solide pour la transformation et le contrôle qualité des matériaux polymères.
En règle générale, les propriétés rhéologiques des matériaux polymères sont testées à l’aide d’un système à cylindre unique, ce qui prend beaucoup de temps pour tester différents types ou lots d’échantillons de polymères dans des conditions variées. Par conséquent, afin d’améliorer l’efficacité des essais, une méthode éprouvée consiste à utiliser un rhéomètre capillaire à double cuve pour tester deux échantillons simultanément, ce qui permet de réduire efficacement le temps d’attente nécessaire à la stabilisation de la température entre les essais. Dans le cadre de ce travail, la faisabilité de l’essai à double cuve a été analysée en réalisant une série d’essais sur du polyéthylène (PE) et du polypropylène (PP) à l’aide du rhéomètre capillaire à double cuve Rosand RH10 d’ NETZSCH (figure 1).
Conditions de mesure et méthode d'essai
Les conditions de mesure sont détaillées dans le tableau 1. Après avoir installé les matrices sous les cylindres gauche et droit et stabilisé la température à 200 ± 0,1 °C, des particules de PE ou de PP ont été ajoutées lentement, tour à tour, dans les cylindres gauche et droit, puis comprimées à 1 MPa, avant d’être préchauffées à température constante pendant 8 minutes. La mesure a débuté après cette étape de compression.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Instrument | NETZSCH Rosand RH10 |
| Échantillons | PE, PP |
Pression transducteur | 10 000 psi et 5 000 psi |
| Caractéristiques de la matrice | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Température d'essai | 200 °C |
| Plage de vitesse de cisaillement | 10 ~ 10 000 s⁻¹ |
Résultats des mesures et discussion
La figure 2 présente les courbes de viscosité de cisaillement du même matériau PE testé à 200 °C et à des vitesses de cisaillement comprises entre 10 et 10 000 s⁻¹, à l'aide d'une extrudeuse à double fût, les fûts gauche et droit ayant été utilisés avec une filière présentant un rapport longueur/diamètre (L/D) de 16/1, et des transducteurs de pression de 10 000 psi et 5 000 psi, respectivement.
Les données d'essai et les valeurs d'écart sont présentées dans le tableau 2. Comme le montre la figure 2, les courbes de viscosité de cisaillement obtenues avec les cylindres gauche et droit présentent une très bonne répétabilité. De plus, comme l'indique le tableau 2, les écarts entre les valeurs de viscosité de cisaillement obtenues à différents taux de cisaillement sont inférieurs à 1 %. Par conséquent, des résultats précis peuvent être obtenus en effectuant des essais aussi bien avec le cylindre de gauche qu'avec celui de droite.
Tableau 2 : Données d'essai et écart du PE dans les fûts gauche et droit à 200 °C
| Taux de cisaillement (s⁻¹) | Viscosité de cisaillement (Pa·s) | Valeur moyenne (Pa·s) | Écart (%) | |
| Cuve gauche | Cuve de droite | |||
| 10 | 2259,40 | 2 241,22 | 2 250,31 | 0,40 |
| 21,5 | 1 583,38 | 1 558,92 | 1 571,15 | 0,78 |
| 46,42 | 1 079,93 | 1 059,68 | 1 069,81 | 0,95 |
| 100 | 727,73 | 716,45 | 722,09 | 0,78 |
| 215,32 | 493,07 | 492,14 | 492,61 | 0,09 |
| 464,63 | 308,37 | 305,36 | 306,86 | 0,49 |
| 999,96 | 188,81 | 189,83 | 189,32 | -0,27 |
| 2 155,44 | 114,09 | 114,57 | 114,33 | -0,21 |
| 4 642,62 | 68,74 | 68,74 | 68,74 | 0,01 |
| 10 001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
La figure 3 présente les courbes de viscosité de cisaillement apparente du PE (cylindre de gauche, en noir) et du PP (cylindre de droite, en rouge), testés à l'aide du système à double cylindre à 200 °C et à des vitesses de cisaillement comprises entre 50 et 3 000 s⁻¹, les cylindres gauche et droit étant utilisés avec une filière présentant un rapport L/D de 16/1, ainsi que des transducteurs de pression de 10 000 psi et 5 000 psi, respectivement. Comme le montre la figure 3, la viscosité de cisaillement du PP est nettement inférieure à celle du PE pour un même taux de cisaillement. Par conséquent, l’essai à double cylindre permet non seulement d’obtenir simultanément les données de viscosité de cisaillement des deux matériaux, mais aussi de comparer intuitivement leurs viscosités immédiatement après l’essai.
La viscosité de cisaillement est une propriété d'un matériau qui décrit la résistance d'un fluide à la déformation sous l'effet d'un cisaillement.
La viscosité de cisaillement apparente est la valeur de viscosité que l'on observe ou que l'on calcule à un taux de cisaillement spécifique, en particulier pour les fluides dont la viscosité varie en fonction des conditions d'écoulement.
Le rhéomètre capillaire Rosand à double alésage permet de corriger le comportement Non-newtonienUn fluide non newtonien est un fluide dont la viscosité varie en fonction du taux de cisaillement ou de la contrainte de cisaillement appliquée.non newtonien et les effets d'entrée afin de déterminer directement la viscosité de cisaillement.
Conclusion
Dans le cadre de ce travail, les propriétés rhéologiques des matériaux PE et PP ont été testées dans différentes conditions à l'aide de l'appareil Rosand RH10 d'NETZSCH. Pour un même matériau, on peut obtenir des résultats d’essai très précis, que l’on utilise le cylindre de gauche ou celui de droite. Lors de l’essai de différents matériaux à l’aide du système à double cylindre, non seulement l’efficacité des essais est améliorée et leur durée réduite de manière significative, mais il est également possible d’effectuer une comparaison très intuitive des résultats à la fin de l’essai.