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Theses Year : 2004

Rheo-optical study of carbon black dispersion in elastomers

Étude rhéo-optique des mécanismes de dispersion du noir de carbone dans des élastomères

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Abstract

We observed and quantified, with a transparent counter-rotating rheometer, dispersion mechanisms (erosion and rupture) of a carbon black cluster embedded in an elastomer matrix submitted to simple shear. Dispersion laws were determined: rupture is characterised by a critical shear stress that is inversely proportional to the cluster size, erosion is defined by a kinetics law relating the eroded volume to the applied shear stress and quantity of strain units, but independent of the cluster size. The effect of key parameters for dispersion (infiltration, concentration) was studied. Erosion is accelerated by a thin infiltration of the cluster by the matrix or by the filler concentration (via the frequency of collision). A mixing model was built. It predicts the evolution of the carbon black cluster radius versus the mixing time. This tool can be used to optimise the dispersion step in a real industrial mixer.
Nous avons visualisé et quantifié, grâce à un rhéomètre transparent contra-rotatif, les mécanismes de dispersion (érosion et rupture) d'un amas de noir de carbone dans une matrice élastomère soumise à un cisaillement simple. Des lois de dispersion ont été déterminées: la rupture est caractérisée par une contrainte critique de rupture qui s'avère être inversement proportionnelle à la taille de l'amas, l'érosion est définie par une loi reliant le volume érodé à la contrainte et à la quantité de déformation appliquées, loi qui ne dépend pas de la taille de l'amas. L'effet de paramètres clés pour la dispersion (infiltration, concentration) a été étudié. Une infiltration partielle de l'amas par la matrice ou la concentration en charge (via la fréquence de collision) accélèrent l'érosion. Un modèle de dispersion a été construit. Il permet de prédire l'évolution de la taille d'un amas de noir de carbone au cours du mélangeage et peut être utilisé pour optimiser la dispersion en mélangeur.
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Dates and versions

tel-00443609 , version 1 (31-12-2009)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00443609 , version 1

Cite

Véronique Collin. Étude rhéo-optique des mécanismes de dispersion du noir de carbone dans des élastomères. Mécanique [physics.med-ph]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2004. Français. ⟨NNT : 2004ENMP1168⟩. ⟨tel-00443609⟩
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