Injection de systèmes réactifs : détermination de lois cinétiques et rhéologiques et modélisation - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2003

Reactive systems injection: kinetic and rheological laws determination and modelisation

Injection de systèmes réactifs : détermination de lois cinétiques et rhéologiques et modélisation

Abstract

The behaviour of two reactive systems, a natural rubber's formulation and a thermoset polyurethane (PU), is studied in the aim of modelisation. Some new methodologies of characterization are suggested to perform the quality of the measures. Various techniques are used in order to characterise the reaction kinetic of PU as the differential scanning calorimetry (DSC) or the titration. Isoconversionnal analysis shows three kinetic reactions which give a 3D network. Kinetic model used here is the addition of three Piloyan models. Techniques used to study natural rubber kinetic are rheometry, DSC and swelling. The simple model called Isayev model gives good results even if it doesn't take into account the reversion. Coran Ding and Leonov model has a lot of parameters but gives very good results. Then rheology is studied. For PU, kinetic and rheology are coupled. Hence the study is called rheokinetic study. We used Castro and Macosko model. Natural rubber is unreactive during the mold filling. Therefore kinetic is decoupled from rheology which is modelised by a Carreau Yasuda model. Wall slip is characterised by the Mooney method and modelised by using a Norton Hoff law (wall slip) and a Cross model (shearing). Thermomecanical sensibility is treated by using an energetic slip factor which depends on specific energy and matter temperature. Third part gives a confrontation between injection trials and calculated results obtained from a filling simulation software REM3D. PU injection used a transparent mold. Various techniques as visual techniques, titration or temperature measure, are used to characterize the process. The kinetic results are in agreement with the simulation. We use a spiral mold for natural rubber. Mold pressures are in agreement with simulation but some differences are noted for the nozzle pressure which is attributed to the elongational effects not taken into account in the viscous model.
Le comportement de deux matériaux réactifs, une formulation élastomère de caoutchouc naturel et un système thermodurcissable polyuréthane (PU), est étudié pour être modélisé. De nombreuses méthodologies sont mises au point dans ce travail pour améliorer les mesures. La cinétique réactionnelle du PU est suivie par calorimétrie différentielle (DSC) et par titrage chimique. L'analyse isoconversionnelle met en évidence trois réactions chimiques formant un réseau tridimensionnel. Le modèle cinétique met en série trois modèles de Piloyan. La cinétique du caoutchouc naturel est suivie par rhéomètrie, par DSC et par gonflement. Le modèle d'Isayev, très simple, donne des résultats satisfaisants mais ignore la réversion. Le modèle de Coran Ding et Leonov, ayant de nombreux paramètres, donne de très bons résultats. La rhéologie est ensuite étudiée. Pour le PU, le couplage cinétique-rhéologie est nécessaire et conduit à une étude rhéocinétique. Le modèle de Castro et Macosko est utilisé. Le caoutchouc naturel, non réactif durant le remplissage, permet de découpler cinétique et rhéologie. Le modèle de Carreau Yasuda est alors utilisé. Le glissement à la paroi est étudié avec la méthode de Mooney et modélisé par un couplage entre une loi de Norton Hoff (glissement) et le modèle de Cross (cisaillement). La sensibilité au traitement thermomécanique est prise en compte par un facteur de glissement énergétique fonction de l'énergie spécifique et de la température matière. La troisième partie valide les modèles et leur implémentation dans un logiciel de simulation de remplissage REM3D. L'injection du PU est réalisée dans un moule transparent. Basés sur la visualisation, le titrage et le suivi de température, les résultats sont en accord avec la simulation au niveau cinétique. Pour le caoutchouc, un moule spirale est utilisé. Dans le moule, les pressions mesurées et calculées sont proches. Un écart apparaît dans la buse et est attribué aux effets élongationnels non pris en compte dans le modèle visqueux utilisé.
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Dates and versions

pastel-00001188 , version 1 (07-04-2005)

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  • HAL Id : pastel-00001188 , version 1

Cite

François Dimier. Injection de systèmes réactifs : détermination de lois cinétiques et rhéologiques et modélisation. Sciences de l'ingénieur [physics]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2003. Français. ⟨NNT : 2003ENMP1170⟩. ⟨pastel-00001188⟩
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