Analyse du comportement en écoulement à la paroi de polymères dans des conditions de mélangeur interne
Analysis of the interfacial flow behavior of polymers along the walls of an internal mixer
Résumé
The internal mixing process is crucial to the manufacturing of rubber compounds as it is detrimental to the final properties of the product. The understanding of the interfacial phenomena during mixing is crucial to the understanding of the process, determination of process parameters and numerical simulation of the process. These phenomena include wall slip, adhesion and movement of free surfaces. The evolution of wall slip velocities was characterized with classical indirect rheological techniques. An eccentric counter-rotating Couette cell was designed and developed during this PhD to observe the free surfaces of viscous fluids under shear flow in steady-state conditions. A small volume of silicone fluid was used to study the flow behavior and observe the free surfaces in counter-rotating conditions. Steady state conditions were investigated for different conditions of cylinder velocities, volumes of fluid, surface roughness and nature of cylinder surfaces. The contribution of the adhesion energy to the stabilization velocities appears to be negligible. Finally, the influence of shear flow on the movement and shape of free surfaces was explored with the help of a finite element simulation. The numerical simulation with the integration of an adhesion boundary condition shows a clear effect of the adhesion energy on the free surface shape and movement. But the level of adhesion energy necessary in the case of viscous fluids is found to be far too high to be observed experimentally.
Le procédé de mélange interne est crucial pour la fabrication de mélanges de caoutchouc car il détermine les propriétés finales du produit. La compréhension des phénomènes interfaciaux lors du mélange est cruciale pour la compréhension du procédé, la détermination des paramètres du procédé et la simulation numérique du procédé. Ces phénomènes comprennent le glissement à la paroi, l'adhésion et le mouvement des surfaces libres. L'évolution des vitesses de glissement a été caractérisée indirectement avec des méthodes rhéologiques classiques. Un prototype a été conçue et développée pendant cette thèse afin d’observer les surfaces libres des fluides visqueux sous cisaillement en régime permanent. Un petit volume d’un fluide silicone visqueux permette l’observation des surfaces libres en contre-rotation. Les vitesses de stabilisation ont été étudiées pour différentes conditions de vitesse des cylindres, de volume de fluide, de rugosité de surface et de nature des surfaces de cylindre. La contribution de l'énergie d'adhésion semble négligeable. Enfin, l'influence du cisaillement sur le mouvement et la forme des surfaces libres a été explorée dans une simulation par éléments finis. L'énergie d'adhésion a été intégrée dans la simulation numérique qui montre un effet clair de l'énergie d'adhésion sur la forme et le mouvement de la surface libre. Par contre, le niveau d'énergie d'adhésion nécessaire dans le cas des fluides visqueux est beaucoup trop élevé pour être observé expérimentalement.
Origine : Version validée par le jury (STAR)