Rhéologie des suspensions et des pâtes de PVC : influence des propriétés physiques et physico-chimiques sur la résistance au cisaillement et à la compression des pâtes

Rheology of PVC paste and suspensions : Influence of physical and physical-chemical properties on the shear and compression pasta

• Auteur / Autrice : Aminallah Rabia
• Direction : Madeleine Djabourov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et des transferts
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centrifugation

Fluides newtoniens

Chlorure de polyvinyle

Cisaillement (mécanique)

Rhéologie

Résumé

Ce travail a porté sur l'étude du comportement rhéologique des suspensions et des pâtes de grains de PVC de diamètre =150μm obtenus par polymérisation en suspension. Afin de caractériser les propriétés rhéologiques des suspensions, nous avons été amenés à modéliser une géométrie à ailettes à 6 pales, de point de vue numérique et par un étalonnage expérimental, avec des fluides newtonien et non newtonien. L'étude des suspensions en fonction de la fraction volumique montre un écart par rapport aux modèles de sphères solides pour des fractions volumiques φ >25%. Le comportement des pâtes en fluage a permis de mettre en évidence les effets liés à la température, à la qualité du liquide suspendant et à l'état de saturation (partielle ou totale). D'autre part, les pâtes ont été caractérisées par leurs modules oedomètriques (en compression) et par leurs contraintes de rupture à l'aide d'une machine de cisaillement. L'application du critère de Mohr-Coulomb a permis de déduire les coefficients de frottement interne (μ=0. 6) et les cohésions des matériaux. La particularité de l'utilisation du glycérol comme fluide interstitiel (au lieu de l'eau) a été mise en évidence (faible cohésion, faible tassement). Entre autres, la sédimentation et la perméabilité des pâtes ont été abordées et comparées aux modèles théoriques connus pour les empilements de sphères lisses. Enfin, nous avons établi les relation entre les paramètres mécaniques mesurés au laboratoire et le processus de centrifugation des pâtes de PVC dans l'installation industrielle.

This work is focused on the study of the rheological behaviour of suspensions of PVC particles of =150μm in diameter obtained by polymerisation in suspension. The rheological properties were characterized using a 6- bladed vane geometry calibrated in the laboratory. Numerical study and experimental validation with Newtonian and non-Newtonian fluids were performed. The study of suspensions with increasing volume fractions shows a difference with theoretical models when φ >25%. The creep behaviour of PVC pastes shows effects of temperature, of quality of the suspending liquid and of the saturation level. On the other hand, the pastes were characterized by their oedometric module (in compression) and their failure stress by using a shear box. The application of Mohr-Coulomb criterion allowed to deduce the internal friction coefficients (μ=0. 6) and the cohesion of the materials. The use of glycerol as interstitial fluid (instead of water) showed that the cohesion stress and the compaction were substantially lowered compared to water. The sedimentation of the suspension and the permeability of the paste were discussed and compared with the commonly used models in the case of smooth spheres. Finally, the mechanical parameters of the pastes measured in the laboratory were included in the modelling of centrifugation process of PVC suspensions.