Etude cinétique et rhéologique de systèmes polyuréthanes : application au suivi in-situ du procédé RIM

= Kinetic and rheological study of polyurethane : in situ application of RIM process

• Auteur / Autrice : Samira Benali
• Direction : Abderrahim Maazouz, Jérôme Dupuy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMM - Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires (Lyon; INSA1962-1998)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Rhéologie

Polyuréthanes

Résumé

Ce travail concerne l'étude des systèmes polyuréthane en conditions réelles de mise en forme dans un moule fermé. Le procédé RIM (Reaction Injection Molding) permet la mise en mise en oeuvre rapide de systèmes très réactifs à travers des têtes de mélange auto-nettoyante avant de les injecter dans un moule fermé où la pièce finie pourra être démoulée, en général en moins d'une minute. Nous nous proposons, dans le cadre de ces recherches, d'étudier la réaction chimique et la rhéologie en vue de contrôler le procédé. L'étude cinétique sera envisagée de deux manières différentes : - de manière indirecte par modélisation cinétique à partir de mesures de températures en condition adiabatique ; - de manière directe par analyse spectroscopique en proche infra-rouge grâce à l'utilisation de fibres optique ; Une analyse comparative des différentes méthodes mises en œuvre (thermique et spectroscopique, d'une part; monovariable et multivariable, d'autre part), permet de mieux appréhender le suivi cinétique de deux systèmes thermodurcissables différents : le premier conduisant à un système biphasique et le second ne présentant pas de séparation de phase. En parallèle, un couplage des études rhéologiques et cinétiques de nos formulations nous permet d'accéder à la conversion au gel afin de prévoir les temps essentiels (temps de gel, temps de démoulage) du procédé RIM. Une étude prospective de mesures rhéologiques et cinétiques simultanées permet de mieux envisager la compréhension des intéractions complexes qui existent entre la réaction chimique et l'évolution rhéologique de nos systèmes.

Polyurethane synthesis are studied into closed mold. Reaction Injection Molding (RIM) process is used to impingement-mix chemicals and inject materials into the mold. Near Infrared (NIR) spectrophotometer was interfaced directly to a mold in transmission analysis by using optical fibers. Univariate and multivariate analysis of transmittance spectra were used to calculate the reaction extent. A very good agreement was observed between multivariate analysis (PCA), univariate (Beer-Lambert) analysis. It was demonstrated that, in this case, PCA methods can provide a good estimation of the reaction extent versus time, without time-consuming calibration, provided that the spectral domain of PCA is carefully chosen. In order to compare the two quantitative approaches previously developed, a kinetic model can be applied to calculate the conversion as a function of time (by using the real temperature profile measured in the centre of the mould with a thermocouple). The identification of the kinetic parameters (using adiabatic reactions) is described here. Rheological parameters are calculated with rheometers dynamics analysis (RDA) and gel time obtained by RDA analysis are compared with theoretical gel time obtained with in-situ method. Simultaneous kinetics and rheological measurements are used in order to monitor RIM reaction.