Etude de l'électrification d'un polymère en écoulement : application au procédé d'extrusion

par Fabrice Florès

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Ahmed Allal.

Soutenue en 2006

à Pau .


  • Résumé

    L'extrusion, procédé classique de mise en forme des matières plastiques voit ses cadences de production limitées par l'apparition de défauts en surface des extrudats. Par ailleurs, des charges électriques peuvent aussi être générées sur cette même surface, entraînant des décharges électrostatiques intempestives ou induisant un vieillissement prématuré du matériau. Ce travail s'articule donc autour de ces deux problématiques liées au procédé d'extrusion que sont les défauts d'extrusion et la génération de charges électriques. Nous montrons qu'un modèle d'électrification par création d'une double couche ionique à l'intérieur de la filière et son transport par l'écoulement rend bien compte des résultats expérimentaux. L'électrification peut être calculée via deux grandeurs principales, le profil de charge électrique dans la filière et le profil de vitesse du fluide en écoulement. Pour le profil de charge, dans le cas des polymères, les approximations classiques ne peuvent être faîtes lors de la résolution des équations de transport. Dans le cas du profil de vitesse du fluide, l'importance de la prise en compte du caractère non-newtonien du comportement des polymères est démontrée ainsi que la nécessité de tenir compte d'une vitesse de glissement à la paroi pour l'interprétation des comportements électriques. Réciproquement nous pouvons évaluer une vitesse de glissement à partir de mesures de charges électriques en sortie de filière. Ceci nous permet de montrer le rôle primordial du glissement pour l'étude des mécanismes à l'origine des défauts d'extrusion. Ce travail propose une nouvelle méthode, simple à mettre en œuvre, de mesure des vitesses de glissement, même faibles.

  • Titre traduit

    Study of polymer flow electrification : applied to extrusion process


  • Résumé

    Extrusion is the most used process in the plastic industry. However, processability is limited by occurrence of flow defects. Another limitation arises from the generation of electrical charges trapped within the extrudate. These charges could induce a premature ageing of the material or electrical discharges. This work is focused on the extrusion process and its two limitations: extrusion defects and electrical charging. To modelise polymer flow electrification, we use the double layer theory: the electrification arises from the formation of an electrical double layer that is then convected by the flow. In this classical model, two main components are used for the calculation of the generated electric charge: the ionic charge density and the fluid velocity profiles in the pipe. We first show that the usual approximations used in the resolution of the charge transport equations are not valid in the polymer case due to their intrinsic electrical properties. For the fluid velocity profile, we demonstrate the importance of taking into account the non Newtonian behaviour of the polymer flow and the introduction of a slip boundary condition at the die wall. This new approach allows us to calculate the slip velocity at the wall thanks to electrical measurements. The crucial effect of slip boundary conditions on the extrusion defects was putted in evidence. We conclude about the importance of the slip velocity to understand defect mechanisms. This work proposes a simple new way to measure slip velocities of polymer melt at the die wall.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (173 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie

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  • Bibliothèque : Université de Pau et des Pays de l'Adour. Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : US 459580
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