Présentation

Article

1 - MANIFESTATIONS DE LA VISCOÉLASTICITÉ NON LINÉAIRE

2 - RHÉOMÉTRIE EN CISAILLEMENT

3 - RHÉOMÉTRIE EN ÉLONGATION UNIAXIALE

4 - APPLICATIONS À LA TRANSFORMATION DES MATIÈRES PLASTIQUES

5 - LOIS DE COMPORTEMENT VISCOÉLASTIQUE NON LINÉAIRE

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : AM3630 v2

Glossaire
Viscoélasticité non linéaire des polymères fondus

Auteur(s) : Christian CARROT

Date de publication : 10 oct. 2020

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

L'article donne un panorama des connaissances sur le comportement viscoélastique non linéaire des polymères fondus plus particulièrement en cisaillement et en élongation uniaxiale. Les rhéomètres utilisés pour caractériser la viscoélasticité non linéaire sont présentés ainsi que les fonctions rhéologiques les plus communément utilisées et leur lien avec la structure des polymères. Des exemples d'applications au choix des matériaux pour les procédés de mise en oeuvre des matières plastiques sont donnés. Enfin une introduction aux concepts, qui sont à l'origine des modèles et des équations constitutives utilisées pour la simulation numérique des écoulements des polymères fondus, est proposée.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Non-linear Viscoelasticity of Polymer Melts

The article gives an overview of the knowledge on the non-linear viscoelastic behavior of polymer melts, especially in shear and uniaxial elongation. The rheometers used to characterize the non-linear viscoelasticity are presented as well as the most commonly used rheological functions and their dependence on the structure of polymers. Examples of rationalization of the choice of materials for the processing of plastics are given. Finally, an introduction to the concepts behind the models and constitutive equations used for the numerical simulation of flows of polymer melts is proposed.

Auteur(s)

  • Christian CARROT : Professeur des universités - Laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP), UMR CNRS 5223 - Université de Lyon, Université Jean Monnet, Saint-Étienne, France

INTRODUCTION

L’étude du comportement rhéologique des polymères fondus et l’existence de corrélations avec leur structure fournissent un outil précieux et incontournable pour améliorer la qualité des produits et le rendement des procédés de transformation. Cette démarche est possible dans deux optiques :

  • optimiser le choix d’un matériau pour une technique de transformation donnée et une application ;

  • optimiser un procédé pour un matériau et une application.

Ce dernier point a pris de l’importance depuis les années 2000 avec le développement des outils et des logiciels de simulation des procédés pour lesquels la détermination d’une loi de comportement (visqueuse dans la plupart des cas) est un passage obligé.

Les concepts et résultats fondamentaux exposés dans l’article « Viscoélasticité linéaire des polymères fondus » de ce traité avaient trait à des comportements dans des situations de déformations infinitésimales. Cependant, lors de la transformation des polymères thermoplastiques, du granulé à l'objet fini, la déformation est de toute évidence macroscopique et cette situation, combinée au comportement viscoélastique du polymère, génère un ensemble de manifestations difficilement interprétables dans le cadre restreint de la viscoélasticité linéaire.

Dans le cas des fluides et dans le contexte des possibilités actuelles pour ce qui est de la modélisation, la prise en compte du comportement visqueux en cisaillement est souvent suffisante, au moins pour des applications courantes (mise en œuvre par injection des thermoplastiques, étalement de peintures…). Ainsi, dans ce cadre, les équations constitutives, reliant tous les états de contrainte possibles à tous les états de déformation possibles, peuvent se simplifier sous la forme particulière de lois d’écoulement. Ces lois ne considèrent alors que le contexte particulier de contrainte ou de déformation du fluide (en cisaillement) et n’utilisent qu’une partie des paramètres du matériau intervenant dans l’équation constitutive.

Toutefois, un certain nombre de caractéristiques de nature élastique ainsi que l’existence de procédés faisant clairement intervenir des cinématiques différentes (élongation en particulier) montrent les limites d’une telle approche et invitent à aborder ces aspects du comportement des fluides viscoélastiques que sont les polymères fondus.

Cet article se propose de décrire quelques phénomènes observés dans des situations d'écoulement simple, mais non linéaire, des polymères fondus, les outils d'analyse du comportement en cisaillement et en élongation (rhéomètres), les liens avec la structure des polymères et quelques exemples d'applications à la mise en œuvre.

L’analyse du comportement viscoélastique en situation de faibles ou de grandes déformations dans le cas d’écoulements simples permet enfin de comprendre l’origine d’un certain nombre de phénomènes apparaissant dans des écoulements complexes. Ces phénomènes de nature viscoélastique sont parfois à l’origine d’un certain nombre de défauts caractéristiques apparaissant sur les produits issus de la mise en forme à l’état fondu et la compréhension des causes de leur apparition permet d’espérer pallier ces inconvénients et ces facteurs limitants de la productivité ou de la qualité. On étudiera ici plus particulièrement le gonflement en sortie de filière et les défauts d’extrudats.

Enfin, au vu de cet ensemble de particularités, la prévision du comportement viscoélastique non linéaire des polymères fondus ne peut évidemment se satisfaire de lois de comportement purement visqueuses. Le formalisme mathématique ainsi que les notions de base qui conduisent à la formulation d’équations constitutives plus complexes, mais plus réalistes, seront finalement abordés.

Le lecteur aura avantage à consulter aussi l’article Viscoélasticité linéaire des polymères fondus [AM 3 620] de ce traité.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

structure-properties relationships   |   shear   |   uniaxial elongation   |   rheometers

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-am3630


Cet article fait partie de l’offre

Plastiques et composites

(395 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

7. Glossaire

Complaisance d'équilibre ; steady-state equilibrium compliance

Complaisance associée à la composante élastique récupérable dans un fluide viscoélastique en écoulement stationnaire.

Contrainte de cisaillement ; shear stress

Contrainte agissant tangentiellement à la surface concernée.

Contrainte normale ; normal stress

Contrainte agissant perpendiculairement à la surface concernée.

Courbe d'écoulement ; flow curve

Courbe représentant la variation de la contrainte de cisaillement avec le gradient de vitesse de cisaillement. Par extension, courbe représentant la variation de la viscosité en cisaillement avec le gradient de vitesse de cisaillement.

Dynamique des chaînes ; chain dynamics

Étude des phénomènes liés aux mouvements moléculaires dans les polymères.

Effet Weissenberg ; Weissenberg effect

L'effet weissenberg est une manifestation d'une différence de contraintes normales non nulle typique de certaines solutions de polymères.

Élasticité ; elasticity

Comportement mécanique dans lequel la contrainte induit une déformation qui est complètement récupérée lors de la cessation de la sollicitation.

Enchevêtrement ; entanglement

Lieu d'interaction des chaînes de polymères les unes avec les autres sous forme de nœud ou boucle localisée, conduisant à la formation d'une structure de réseau temporaire.

Équivalence temps-température ; time-temperature superposition

Principe permettant de préciser la dépendance à la température des fonctions ou grandeurs) viscoélastiques linéaires.

Fluide à seuil ; yield stress fluid

Fluide présentant une contrainte seuil à partir de laquelle on observe l'écoulement.

Gonflement en sortie de filière ; die swell, swelling, extrudate swell

Phénomène viscoélastique qui se traduit par l'obtention d'un extrudat dont la section transversale est supérieure à celle de la filière lors de l'extrusion.

Grade ; melt flow index

Mesure de la facilité d'écoulement des polymères fondus (reliée à la viscosité).

Module de relaxation ; relaxation modulus

Fonction viscoélastique définie comme le rapport...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Plastiques et composites

(395 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Glossaire
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BOGER (D.-V.), WALTERS (K.) -   Rheological phenomena in focus (Les phénomènes rhéologiques).  -  Rheology Series, Elsevier Science Publishers, 4, 156 p. (1993).

  • (2) - COUARRAZE (G.), GROSSIORD (J.-L.), HUANG (N.) -   Initiation à la rhéologie.  -  Tec. et Doc., Lavoisier, 328 p. (2014).

  • (3) - COLLYER (A.-A.), CLEGG (D.-W.) -   Rheological measurement (La mesure rhéologique).  -  Chapman & Hall, 647 p. (1998).

  • (4) - MACOSKO (C.-W.) -   Rheology : Principles, Measurements, and Applications (Rhéologie : principes, mesures, et applications).  -  Wiley VCH, 568 p. (1994).

  • (5) - BERZIN (F.), VERGNES (B.), DELAMARE (L.) -   Rheological behavior of controlled-rheology polypropylenes obtained by peroxide-promoted degradation during extrusion : Comparison between homopolymer and copolymer (Comportement rhéologique de polypropylènes de rhéologie contrôlée obtenus par dégradation peroxydique lors de l'extrusion : comparaison entre homopolymère...

NORMES

  • Test method for melt flow rates of thermoplastics by extrusion plastometer. - ASTM D 1238-04c - 2004

  • Plastiques. Détermination de l'indice de fluidité à chaud des thermoplastiques, en masse (MFR) et en volume (MVR). - NF EN ISO 1133 - 2005

  • Plastiques. Détermination de l'indice de fluidité à chaud des thermoplastiques, en masse (MFR) et en volume (MVR). - ISO 1133 - 2005

  • Plastics : Determination of the melt mass-flow rate (MFR) and the melt volume-flow rate (MVR) of thermoplastics. - DIN EN ISO 1133 - 2005

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Plastiques et composites

(395 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS