Comprendre les origines des instabilités lors de la production des polymères
Les polymères sont devenus omniprésents et jouent un rôle essentiel dans la vie de tous les jours. Il est désormais difficile de concevoir une société moderne sans polymères, ce qui est d'autant plus remarquable que leur présence ne remonte qu'à quelques dizaines d'années. Néanmoins, les irrégularités ou défauts qui apparaissent fréquemment à la surface des produits polymères en conséquence des instabilités de fusion peuvent les rendent inacceptables du point de vue commercial. Étant donné les rythmes élevés auxquels les polymères sont traités, les instabilités dans l'extrusion des polymères en fusion se manifestent sous la forme de petites distorsions périodiques ou de distorsions irrégulières importantes. Pour augmenter le débit de production, les instabilités de fusion doivent être éliminées ou anticipées à des rythmes de traitement élevés. C'était précisément l'objectif du projet de recherche 3PI financé au titre du cinquième programme-cadre (5e PC) de l'UE. Les partenaires du projet 3PI ont conduit une série d'expériences minutieuses et complètes à l'aide de filières fabriquées spécialement, avec des géométries différentes. Les résultats de différents laboratoires ont été réunis pour établir les liens entre la présence d'instabilités d'écoulement en fusion, les conditions de traitement et les caractéristiques rhéologiques des matériaux polymères testés. Par exemple, pour caractériser les instabilités de surfaces élastiques, les distorsions de contrainte à la fusion des polymères ont été contrôlées pendant l'extrusion à l'aide de techniques de biréfringence d'écoulement. Les données collectées sur les concentrations de contraintes ont été utilisées pour développer une carte de traitement montrant comment modifier les propriétés d'écoulement d'un fluide polymérique à proximité de la fente de filière afin de supprimer le défaut de texture de peau de requin. D'autre part, la vélocimétrie laser Doppler (VLD) a été utilisée pour compiler le profil de vélocité de fluides polymériques complexes soumis à un écoulement cisaillé. À des taux de cisaillement supérieurs au régime de défaut de peau de requin, les variations de pression et de vélocité ont produit des extrudats caractérisés par une alternance entre zones rugueuses et zones relativement lisses. Les transitions périodiques entre glissement faible et fort aux parois capillaires étaient considérées comme étant à l'origine de ce que l'on appelle le glissement saccadé. Les partenaires du projet 3PI espèrent convertir ces résultats expérimentaux sur les mécanismes de défaut en modèles numériques avancés pouvant être utilisés pour optimiser les conditions de production de polymères.
