Visualization of the flow in a screw / barrel system. Real-time monitoring of polymer / clay mixing

par Antonella Esposito

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Jean-Yves Charmeau et de Jannick Duchet-Rumeau.

Soutenue en 2008

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    The addition of nanofillers to molten polymers improves their properties, but if the filler moieties are perfectly desagglomerated, dispersed and distributed into the polymer matrix. Lamellar fillers and their composites recently became quite popular, both in the academic and industrial fields, proposing to chemists and processing engineers new challenges about the quality of mixing. Polymer/clay nanocomposite morphology is difficult to characterize and even difficult describe, mainly because of dispersion and/or distribution problems these materials are prone to. A novel method for the real-line monitoring of the morphological outcomes of polymer/clay mixtures during processing would significantly contribute to the development and commercialisation of such a class of nanocomposites. The objective of this work is to start developing a new technique for morphological characterization which would allow to highlight and understand the mechanisms of dispersion/distribution of the fillers into a viscous medium (molten thermoplastic polymer or uncured thermoset resin) flowing in a geometrically complex system (metering zone of extrusion and injection screw/barrel systems). We slightly modified an experimental tool (Visiovis) previously assembled in the laboratory of the Site de Plasturgie à Oyonnax, particularly interesting thanks to its fully transparent barrel, and we adapted it to the visualization of the mixing of a model macromolecular fluid (PDMS) with some commercial clays previously photo-functionalized by cation exchange processing with a fluorescent molecule.

  • Titre traduit

    Visualisation de l'écoulement dans un système vis / fourreau. Suivi en ligne du mélange polymère / nanochargesVisualization of the flow in a screw/barrel system : Real-time monitoring of polymer/clay mixing


  • Résumé

    L'addition de nanocharges aux polymères fondus en améliore les propriétés si elle sont parfaitement désagglomérées, dispersées et distribuées dans la matrice. Les charges lamellaires et leur nanocomposites attirent depuis quelque temps une attention croissante, tant de la part du monde académique que de l'industrie, imposant ainsi des critères d'homogénéité du mélange polymère/charges plus stricts et multiéchelle. La morphologie des nanocomposites à base de charges lamellaires est difficile à caractériser et presque autant difficile à décrire, à cause des problèmes de dispersion et/ou distribution. Une nouvelle méthode pour le suivi en ligne des évolutions morphologiques des mélanges polymère/argile lors du procédé de mise en oeuvre pourrait contribuer de façon significative au développement et à la commercialisation des nanocomposites. L'objectif de ce travail est de poser les bases pour le développement d'une méthode de caractérisation morphologique qui puisse mettre en évidence et comprendre les mécanismes de dispersion/distribution de charges dans un milieu visqueux (polymère thermoplastique fondu ou résine thermodurcissable non réticulée) en écoulement dans un système à géométrie complexe (zone de pompage des ensemble vis/fourreau pour l'extrusion et l'injection). Nous avons repris une maquette froide (Visiovis) assemblée auparavant dans le laboratoire du Site de Plasturgie à Oyonnax, présentant l'avantage considérable d'être constituée d'un fourreau entièrement transparent, et nous l'avons adaptée à la visualisation du mélange d'un polymère modèle (PDMS) avec des argiles commerciales préalablement photo-fonctionnalisées par échange cationique avec un fluorophore.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (270 p.)
  • Annexes : Références bibliographiques en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3559)
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