Rheo-optical study of dispersion mechanisms of blends under simple shear. 1 Concentrated immiscible polymer blends. 2 Filler/elastomer blends - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2001

Rheo-optical study of dispersion mechanisms of blends under simple shear. 1 Concentrated immiscible polymer blends. 2 Filler/elastomer blends

Étude rhéo-optique des mécanismes de dispersion de mélanges sous cisaillement simple. 1 Mélanges concentrés de polymères immiscibles. 2 Mélanges polymères-charges poreuse

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Abstract

Rheo-optical tools (optical microscopy) were developed and used to study in-situ dispersion mechanisms in complex blends: concentrated immiscible polymer blends and polymer-porous filler blends. Concerning concentrated polymer blends, a phase inversion mechanism induced by a simple shear was studied in polydimethylsiloxane-acqueous solution of hydroxypropylcellulose blends. The phase inversion was induced by a change of shear rate, due to viscosity ratio inversion. It is a long mechanism passing through different transient morphological stages. The effect of concentration, shear rate and elasticity on the duration of the transient flow and on the final morphology was investigated. The final morphology (phase inversion or refinement of the initial morphology) results from a competition between break-up and coalescence of the filaments of each component. Dispersion of carbon black agglomerates embedded in elastomers was also studied with a counter-rotating rheometer and with an internal mixer. Dispersion mechanisms of isolated agglomerates are different from what was previously observed in Newtonian matrices: higher critical shear stresses for dispersion, slower kinetics and new observed mechanisms (ribbon peeling and debonding). The cohesion of agglomerates is widely reinforced by the viscoelastic character of the impregnating matrix. Dispersion mechanisms directly depend on the level of impregnation of these agglomerates. Affecting both impregnation kinetics and debonding mechanisms, the wetting of the filler by the elastomer has an important impact on the dispersion mechanisms. Finally, these rheooptical observations do enable to explain some behaviors occurring during blending in a mixer.
Nous avons développé et utilisé des outils rhéo-optiques (microscopie optique) pour étudier in-situ des mécanismes de dispersion dans des mélanges complexes : des mélanges concentrés immiscibles et des mélanges polymeres-charges poreuses. Concernant les mélanges concentrés, nous avons étudié un mécanisme d'inversion de phases induit par un cisaillement simple dans des mélanges polydiméthylsiloxane-solution aqueuse d'hydroxypropylcellulose. L'inversion de phase a été induite par un cisaillement simple en jouant sur le rapport des viscosités de chaque phase. C'est un mécanisme long passant par une succession de morphologies transitoires. L'influence de la concentration, du taux de cisaillement et de l'élasticité sur la durée du régime transitoire et sur la morphologie finale ont été étudiés. La morphologie finale ( inversion de phases ou raffinement de la morphologie initiale) est la résultant d'une compétition entre temps de rupture et coalescence des filaments de chaque phase. Nous avons également étudié la dispersion d'agglomérats de noir de carbone dans des élastomères à l'aide d'un rhéomètre contra-rotatif et d'un mélangeur interne. Les mécanismes de dispersion d'agglomérats isolés sont différents par rapport à ceux identifiés dans des fluides newtoniens : contraintes critiques de dispersion plus élevées, cinétiques plus lentes et nouveaux mécanismes observés (détachement en ruban, décohésion). La cohésion des agglomérats est considérablement renforcée par le caractère viscoélastique du fluide qui les imprègne. Les mécanismes de dispersion dépendent directement du niveau d'imprégnation de ces agglomérats. En jouant à la fois sur les cinétiques d'imprégnations et sur le mécanisme de décohésion, le mouillage de l'élastomère vis-à-vis de la charge a également un rôle prépondérant sur les mécanismes de dispersion. Ces observations réalisées en rhéo-optique permettent d'expliquer certains comportements pendant la phase de malaxage.
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Cite

Marianne Astruc. Étude rhéo-optique des mécanismes de dispersion de mélanges sous cisaillement simple. 1 Mélanges concentrés de polymères immiscibles. 2 Mélanges polymères-charges poreuse. Mécanique [physics.med-ph]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2001. Français. ⟨NNT : 2001ENMP1014⟩. ⟨tel-00275370⟩
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