Etudes théoriques et expérimentales de la processabilité du polyéthylène à ultra-haute masse molaire

par Jing-Gang Gai

Thèse de doctorat en Génie des procédés et des produits

Sous la direction de Guo Hua Hu et de Hui-Lin Li.

Soutenue le 16-07-2009

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL en cotutelle avec Sichuan University , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Hong-Lai Liu.

Les rapporteurs étaient Christian Carrot.

mots clés

• Cfd
• Extrudeuse bi-vis
• Distribution des temps de séjour
• Qualité du mélange
• Polymères
• Extrusion (mécanique)
• Mécanique des fluides

Résumé

Aujourd’hui le développement de nouveaux matériaux polymères ayant de bonnes propriétés repose de plus en plus sur des procédés de mélange ou de compoundage de polymères au lieu de recourir à la synthèse de nouvelles molécules. L’action du mélange peut fortement influer sur la morphologie des matériaux polymères multi-constituants. Les extrudeuses bi-vis (TSE) sont souvent utilisées comme mélangeurs/réacteurs pour des procédés de mélange, de compoundage et d’extrusion réactive. Cependant, l’étude sur la qualité du mélange dans les TSE demeure un grand défi en raison de la complexité géométrique et du caractère transitoire de l’écoulement. Cette thèse a pour objet de développer un nouvel instrument en line pour mesurer en temps réel la distribution des temps de séjour (DTS) qui caractérise la performance du mélange axial et la capacité de convoyage de différents types d’éléments de vis basées sur l’analyse de l’écoulement transitoire et l’évaluation systématique de la théorie de mélange dans les TSE. Le mélange distributif des polymères fondus est caractérisé par la génération de l’aire des interfaces, un paramètre difficile à mesurer expérimentalement. Alors on fait appel à des simulations numériques de type CFD

mots clés

• Cfd
• Twin screw extruder
• Residence time distribution
• Mixing

Titre traduit

Theoretical and experimental studies of the processability of ultra-high molecular weight polyethylene

Résumé

The development of new materials with improved properties seems to rely nowadays more on blending and compounding than on the synthesis of chemically new polymers. Mixing may have a great effect on the morphology and structure of multi-component polymer materials. Twin-screw extruders (TSE) are widely used as mixers/reactors for blending, compounding, and reactive processing. This work aimed at developing a new instrument to measure in real time the residence time distribution (RTD) which characterizes the axial mixing and transport abilities of different screw elements based on the analysis of the transient flow pattern and systematic evaluation of mixing theory in TSE. Distributive mixing of polymer melts is characterized by the generation of interfacial area, which is experimentally much more difficult to measure. This 3D numerical simulation based on CFD is adopted