Plonger dans les bases de la rhéologie des thermoplastiques

La rhéologie est la science de l'étude de l'écoulement et de la DéformationLa Déformation décrit une déformation d’un matériau qui subit une contrainte ou une force mécanique externe. Les formulations d’élastomères présentent des propriétés de fluage, si une charge constante est appliquée.déformation des matériaux, qui trouve son origine dans les lois de l'élasticité et de la viscosité proposées par Hooke et Newton à la fin du^XVIIe siècle. Les polymères thermoplastiques fondus sont largement utilisés dans de nombreux processus industriels modernes pour fabriquer une multitude d'objets. Les polymères sont utilisés parce qu'ils sont relativement bon marché et qu'ils peuvent prendre des formes complexes à l'état fondu. Cependant, nous devons comprendre comment ils s'écoulent lorsqu'ils sont traités [1].

Facteurs influençant le comportement de l'écoulement des polymères

Les polymères sont des matériaux complexes à caractériser sur le plan rhéologique, car de nombreux facteurs influencent leurs propriétés d'écoulement. La température de traitement, la vitesse d'écoulement, le temps de séjour, etc. sont des exemples de facteurs qui influencent le comportement de l'écoulement.

En outre, les propriétés rhéologiques des polymères se situent entre celles d'un liquide et d'un solide. En outre, les propriétés rhéologiques des polymères se situent entre celles d'un liquide et d'un solide, ce qui entraîne une dépendance temporelle des propriétés d'écoulement et d'autres caractéristiques importantes, dont certaines sont examinées ci-dessous [1].

Propriétés rhéologiques importantes des polymères

Il est bien connu que laviscosité de la matière fondue dépend de façon critique de la température. En abaissant la température d'un moule jusqu'à ce que la pièce produite ait une finition mate, l'ingénieur des procédés peut connaître la température minimale (et donc la viscosité maximale de la résine) à laquelle le procédé peut être exécuté sans que les défauts de surface ne deviennent apparents. La réduction de la température du moule permet d'économiser de l'énergie et de réduire les temps de cycle, et il est donc très utile de comprendre la dépendance de la viscosité de la matière fondue par rapport à la température.

Les polymères fondus sont connus pour présenter un gonflement de la filière lorsqu'ils sont extrudés. Ce phénomène se manifeste par une augmentation du diamètre de l'extrudat à la sortie de la filière. L'importance du gonflement de la filière est liée à l'ampleur de la déformation élastique du matériau à l'entrée de la filière. Il faut également tenir compte du fait que le degré de gonflement de la filière (plus exactement le gonflement de l'extrudat) dépend de la longueur de la filière lorsque la matière est extrudée à débit constant. En d'autres termes, les polymères fondus présentent une dépendance temporelle car le matériau oublie la déformation élastique appliquée à l'entrée de la filière ; plus le matériau passe de temps dans la filière, moins le gonflement est important.

L'élasticité de la matière fondue peut également avoir de profondes implications pour de nombreux autres procédés polymères tels que :

• Le moulage par soufflage, où l'épaisseur de la paroi du composant soufflé dépend du degré de gonflement qui a eu lieu pendant le processus d'extrusion avant la fermeture du moule.
• Le formage sous vide ou le thermoformage, où le polymère doit conserver un certain degré d'élasticité pour éviter que le matériau ne s'affaisse avant d'être tiré par le vide sur la matrice de formage à froid. Si le matériau n'a pas une élasticité suffisante, il risque d'entrer en contact avec la matrice froide avant l'application du vide ou de la pression [1].

Comment caractériser le comportement de l'écoulement des polymères à l'état fondu

Les propriétés de transformation des polymères dépendent également de la concentration de lubrifiants, de plastifiants, de charges et d'autres composants dans le composé transformé. Cette brève introduction permet de comprendre qu'une caractérisation correcte du comportement de l'écoulement des polymères à l'état fondu nécessitera probablement des instruments sophistiqués et polyvalents.

Du point de vue du rhéologue, le comportement de l'écoulement des polymères peut être divisé en trois composantes : Les flux de cisaillement et d'extension, qui sont caractérisés par les viscosités correspondantes et le comportement élastique, qui est caractérisé par la mesure du module ou des rapports de gonflement [1].

L'instrumentation adéquate est essentielle

Pour caractériser pleinement un matériau, il est nécessaire de disposer d'instruments capables d'extraire ces paramètres sur une gamme de températures et de taux de cisaillement/extension. Les appareils d'essai rhéologique de laboratoire modernes peuvent être divisés en deux grandes catégories : les rhéomètres rotatifs Kinexus et les rhéomètres capillaires Rosand. En outre, les instruments d'analyse thermique tels que la calorimétrie différentielle à balayage, l'analyse mécanique dynamique et l'analyse thermomécanique permettent également d'obtenir des informations précieuses sur les propriétés des matériaux.

Dans le prochain article, vous apprendrez comment notre rhéomètre rotatif Kinexus peut être utilisé pour caractériser les thermoplastiques.

Source

[1] Essai de rhéologie des polymères et détermination des propriétés à l'aide de rhéomètres rotatifs et de rhéomètres à extrusion capillaire (azom.com)

Merci au Dr Bob Marsh (ancien employé de Malvern Panalytical) qui est l'auteur original de cet article !