La Mise en forme des matières plastiques: approche thermomecanique PDF
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lam ise enf orme des matieres plastiques Approche thermomttcanlque lam ise enf orme des matieres plastiques deuxi�emdei tion Appr ohee thermomecanique J.-AFG.A SSANT P.A VENAS J.-PShE.R GENT Prefadcee J.M ANDEL Techni&qD uoec ument·L11atvlooins i1e1rr,•u eL avoisFi7 e5r0.P0 a8r Ciesd e0x8 • preface Vtiu , chausse,m euble,e quiped ' objetsc onnuss ousl en omd e "plastiques", 11homme moderneu tilised e plus en plus les ha.utsp olymi!res.O r si le formage des mE!tauxa ete depuisl ongtempsa nalyses cientifiquemen1t,1 n'ene taitp as de mime du formaged es matE!riauxp olymeres.L 'ouvrage quunee lnaocuusn per.i! sentenMtM . AYF:XAS,A (;ASSANTe t SERGENTV ienta insic ombler Cet ouvrages 'adressea l a fois aux praticiendse la mise en formed es polymi!res et a1,1x chercheuresn rhi!ologiee t mi!caniqued ee milieux conti nua. Son ambitione st de faciliterl es .?changese ntrel es uns et les autres,e t de contribueari nsia u ne plus grandem altrised es proci!di!s. Les auteursr appellenetn premierl ieu les notionsd e base de mi!canique ndiesq umeid leise eucxco ounlteimneunset vtsi dseq utehuexrmo iuq vuies,cn oeecleassstaiiqrueeasPs 1o.' u ert auldleet gheerrl meo tmeexctae l'explicatiopnh ysiqued e la viecositeet de la viscoelasticidtees polymeres a ece tejeteee n annexes,m ais ces annexess ont particulie rementi nteressantes. L'ouvragep resentee nsuicel a modo!lisatiodne l' extrusiona,v ec la di versito!d es approchesq ue suscitel 'etuded u systE!mev is-fourreauL.' en cralnemendte la matiE!rep ar une vis d' '!:rchimedev,o Ua un problemeq ui oprairgailntsa ilmaep ll ea! m Miasies a iul p noei nlt'd e'sutnp maosd.E! Ll'eoma utvhro!amagteai pqpuoer ctoeur nree ccotn.t ribution Les pho!nomenedse mise en pressiond u polymE!ref ondus ont ensuicea bor do!s ap artird e l'analogiaev ec les mo!csnismedse la lubrificstiohny dro dynamique.L a notiond e similitudeen mo!caniquee st remarquablement illustrepea r l'analogieen trel 'ecoulemendtu lubrifiandta ns un contacte t celuid u polymiire dans l'entrefedr' unec alandre.L e couplage mecanique-thermiqeuset developpi!i ci d'unem anieren ouvellee t riche d'a pplicationpsr atiques. dLae rmi!odsi!ullitaaattsi odoner si geitniarCuaexgl.el aeo du e b li' eetiitrtarguesdsio onnn-eal oiuefuf iildu aengse ef pirlemssem notnattrieo n que lea auteurso nt confronti!l es calculsa ux observationsr E!aliseesd i rectementa ur le site industriel. Juaque-lil.l e polymere fondua ece traitl!c o11111eu n liquidev isqueuxn on newtonienm,a is di!pourvu d'E!lasticitaE!u cisaillement.E n ri!alite,s on comportemenets t viacoelaatiquceo !IUile l'atteatendti versp hi!nomE!netse ls que le gonflemenetn sortied e filiE!re,l ' effetW eissenberegt les ins tabiliti!sd 'i!coulementL.a dernierep srtied e l'ouvraget raited e la viacoi!laacicidtei!s liquidea.L es modi!lisationvsi scoi!lastiquense • remerciements Materiaax� leC entre de Mise en Forme des del 'Ecoled es Mines ileP aris LeC ENTRED EH ISEE NF ORMED ES� .ATERIdAeUl X' ECOLDEE SH INESD EP ARIS lpaae ebrtosecro rnaenteeoec esnhis, 1ert 9rea 7c s4hes etou c1er1iai ss.?ue,' C v eNesRcsitSh dm eeprplcuahin1esat9u t7.? Sl:"e9 os.c1p, h1h n ciiAoacnm itpeeittanpe auso dj lemoinius1 nr 9id7s'6th7.Lr0 uea it ifs. Sonr Olee std oubl·e -formatiodn' ingenieeutr dse m altreess s ciencpeasr l ar echerche ; plusd eq uarantthei:s :esd ed octeuirn g.?nieudre,t heseds' et;aett maintenandte n ouvelltehse seosn te tes outenudeesp ui1s9 79 le fluxa ctuedle theseess ts up.?rieaud ri xp ara n.L esi ng.?nieurs ainsfio rm.?tsr availlaeunjto urd'dhaunis l esn ombresuexc teuirns dustriealvse cl esquelles l aboratoeisrtee nr elation. -resolutidoenp robli!miensd ustridealnss l ed omaindee l am isee n formdee sm etauext d esp olymi!reLse. l aboratoire entdreestr ieent lationcso ntractuealvleecsl esp rincipales entrferparnio;saciss es dansl ed omained e! 'elaborateitdo enl at ransformadteisom na tC riaux. Lesa uteurdse l ' ouvraognet a pparteonuua ppartienna ecnet c entr:e -J.-FA.G ASSANlTn,g t'niecuirv idle sM inesa, s outenuun et hesdee Doctorda'te taetn 1980s url ec alandradgeesp olymer;e Msa itrdee rgercohuepdreec r hiiee lcs'h EecrocdlhdueeeC sEM MiEnsFeu sdre l Paat rhiesri,ml od mierciagdnedei epqsuup ier1s o9 c7e6u dnde es �!�r=��f ormdee sp olymi!re1s1. e sta ujourd'hui directeuclru adjoint -cP?ie.hls Ale M V'riEacdnNh iieeAnrs Sadi,, upg d saeetra 1rtn9iic7eci5alai eull lpdMn 1eleei9 a7l nCc 8'ialo Esvi!nctavsoenedtlrdPt eiee'o l t el'utyItdrtnicueedohC c unaEhs rMntgEidreidpFqei neu useg qi1e ,9eus,d 7e n '2sieii te ne1iutn9orr7cd nd e4hesa,rr e n efs leg roupCeD FC himieen 1981. -J.-PhS.E RGENITn,g eniecuirv ilde sM inedse P arisa, Ctec hercheur caueC dEedMseEfd Fae b 19r7i1.cii a1t9di7e6of .n1i 1l ame s toe usttee nnetunr 1ee9n 77 1u 9n79etd h,1enslsseeu g rrl oeuspp reo Eter.nit. • tabldee sm atieres VII lttddeexn� o -tatioit.5 XX! PREAMBULE · LESE TAPEDSE LA TRANSFORMAT•I ON LA LOGIQUDEE SP ROCEDE•S PARTIEA -RAPPELSD E MECANIQUED ES MILIEUXc or.TINUS Al -DEFORMATIOENT VITESSOEE DEFORMATION 11 1.T ensdeeud re formation 11 d1e. 1�r.Oa Cdfiiennittd iuo dnCsip nltaucietmimvte s-d e1 .l3a .dR eoftodrtmiaotnid o'nu- n (1l.,2'.mNo( t-indoten l1!rl.t5iE!.Lre e c-i1sa.il4lDeU.mfei nntis tiimopnld eu e tte lnas esuyrm 16ct]r ideed utJ E!tfeonr�m,"etuiro n[ c-]- 1.6Va.ri dtiond e volume ,j,1nsl a d�fnrrnation 2. Tensveiutre dsesd ee formation 15 3.E quatdieco onn tinuite 17 d3'.u1n .mCio ln!sCJeur ivantr:ioomnpd ree slsai mb.:JlSBS « Ll.. 1.1 15u n 6coul811lent- 3.2C..: :is • EXERCICE.S 19 1. Etudduec iaillseimmepn.lt e 19 2. Etuddeel 'Hongaptuiroen 20 ANNEXEA .1.: FORMULAl•R E • • 56 1. Formuleesn coordonneceysl indriqu.e s 56 2. Formuleesn coordonnesepsh erique.s 57 ANNEXEA .11.: LESJ NVARWJTVS' WJT ENSEU•R 59 1. Rappelssu r Lest enseur;s Lesi nvariants. 59 2.I nvariantust iliseesn mecaniqu.e - 60 ANNEXAE.I II.: LESL IQUIVEVSI SQUEUX PROPRVE1MTESN T 62 1.L iquidnee wtonien 62 2. Le Liquiddee riviln . • 62 3.L e Liquidpes eudo-plasti(quLoei puissance> 63 4. Le li quidep seudo-plastiqquueeL conqu.e 64 ANNEXAE.I V.: LA PHYSIQUVEE LA VISCOS1•T E 65 1. La theoried 'Eyring 65 2. Relatioenn trel a massem oleculaierte la viscositdee s polymeres 68 3.L a pseudoplasticicdietse p olymeres 72 4. La variatiodne La viscositaev ecl a temperatur.e 74 5. La variatiodne La viscositaev ecl a pression 77 REFERENC.E S 79 PARTIE8 -THERMIQUEE T ECHANGESD E CHALEURD ANS LES PROCEDES· · · .· . ·. . .. . . .. •. • . . 81 Bl- LESN OTIONDSE BASEO E LA THERMIQU.E BJ 1. Puissancdee deformatio.n 83 nl1ei.ws1ta.Cot ainloi-cneue1 nlt.sssp 3i s.mPe puulidesdossu- a tpnrldcaaiesvs tasiiidqlpeu R d-eeE!s1 f .o4r.Cm aastd i-eosn1l . i2q.Gu eindeersa 2. Equatiodne la chaleur. 85 2d'.1(.mefl rir;liciensd u'r&u nne vq�ioel umufnueii nvie uum ii.:ruscupique 2.-2.13 iL.in 3. Lesc onditionasu x limites. 87 4.R holutiond e L' equatiodne la chaleur, 89 ,_,NNEX8E.l . : fCtlANVGEf CStl ALEUPRA RC ONVECTI•O N • 132 1.C onvectiolni bree t convectiofnr ocee . 132 2. Le problemdee Benard( 1900> . 132 3. Lesa utresn ombres ansd imensiouns uels . 135 4.L esd onneepsh ysiquessu r l' aire t sur L' eau• . 136 5. Transferpta rc onvectiolni bred ansd iverss ystemes . 138 6.L a convecito n forde . . 140 ANNEXE B.1ElC.ff AN:G VfES C ffAlEUPRA RR AYONNEME•WT 144 1. le corpsn oir • 144 2. Lesc orpsn on noirs . 145 3. Echangedse chaleuern tred euxc orpsg risp ar rayonnemen1t4 6 1 4. Exempldee determinatidoen c oefficiednet transfertth er- miquep arr ayonnement . 147 ANNEXBE.I II.: TABULATIVOEN l AF ONCT10ENR REU•R . 149 ANNEXBE. IV.: REFR01VlSSEDMEESNF TI LMVSA NSl 'AIRO U VANSL 'EAU1 50 1.P ositiodnu probl!?m.e . 150 2. Resolutio.n . 151 3. Casd u refroidissemaeun tc ontactd e L'air. . 151 4. Casd e refroidissemaeun tc ontactd e L' eau. . 155 ANNEXE8 .V.: ANALOGiEfW TREC OWTACTST tlERAIIQEUTE CSO WTACTS V'ECOULEMEVWTISS QUEU• X • 158 1. Propagatidoun mouvemenpta rv iscosit.e . 158 2. Contacetn tred euxL iquidedse viscositedsi fterentes . 158 REFERENC•E S • 159 PARTIEC -'LECOULEMENTD U POLYMEREF ONDlDlA NSL ES OUTIL LAGES • 163 Cl -LESM ECANISMOEfSM ISEE NP RESSIOONU POLYMERFEO NDU . 165 1. Positiodnu problem.e • 165 2. AnLalpeysqea u adtliReitaa tnivdy ee ·qlue elquiCeesgoc ohunleetmneandtts.c ertcue yx l ,i 1n65d res 2.1. Lpea dtReie ny n2o.2.l ds 2.3. 3.P ied epressiocnr eep aru n retrecissemebnrtu sque( Patin de Rayleigh) 167 4. CaLlceuald esp t• p ecoruloemdxedneatin s1 mau nu etnbtirreofeivrn1'a frsi1a1 bylc.ed aratd11y6o9n na miqua 44..12..L os equationsU o ReynJool ds •• CEOXRERRICGIEC•SE S•• .• 223312 ANNEXCE. 1.: J UST1FICAT1V0ENSA PPROXHV.TIOVNES L A LUBIHFICATION HVDROVYNAMIQ..LJ E • 236 REFERENC•E S . 238 PARTIE D 1-EXLTRUSIOND ES POLYMERES . 241 Dl- DESCRIPTGIEOONM ETRIQDUEEL 'E XTRUSIMOONNO VIS . 243 1. Lesd ifferentzeosn esd e l'extrudeuse . 243 2. La geo11e1tried e la vis • • 244 3. DeGscE!ripotimddounf! elchte 'narhld eii'd laei vi csC eh ednleava li s . 245 O3.E!1. roduculh eedrree nln-avat3l.i 2. s -3.3. 4. L'appro11xa1itiond e la vis statiqueet du fourreatuo urnan2t4 7 5.V itessree lativdeu fourrea.u . 249 6.L 'extrudeudsee r eference . 249 02- LAZ ONED 'ALIMENTATDIEOL N' EXTRUOEUSE • 251 1. Le depaLcementdu polymi!>rdea nsl a zoned 'alimentati•on. 25 1 2.D escriptipohny siqudeu frottemenpto lymi!>re-metal . 251 3. Le principdee la visd 'Archimi!>de • 253 4. L'influendcee la profondeudru filets url a vitessde u -�- -� 5.L e calculd u deUit: angled e vis opti11u1., . 259 6.L e rliled 'unec ontre-pression . 262 7.L est heories recentes . 264 8.E n conclusion . 264 03- LA PLASTIFICATDIUOP NO LYMERD£A NSL' EXTRUOEUSES . 266 1. DeLsceroipsbti psohny esirqaudevxe sa pphi!>t6noirmeoniesnm seL nzato dnaeel e. 2s66 tr1�er. edi1tu.- af or1id:l. 41nt.l e.i L f eu ms6i-ce1o;i.d3 .nn eLl'a"i 11J n istll.:itm-ilio1ns.d 2t.el plµ aafll rl'a csa<1trtir1fioii'!nc- a- 2. Initiatiodnu processudse plastificatipoanr l'arrii!>re du fil et . . 271 ANNEXEtU . : CSAOLLICVUSETELJ MVUE LLTAA MVNJEES L EEA N PP LRASETSSIIFOINVC UA POTLVIVUOM NPE ORLEFV OMl./VEUR E VANSL A ZONEV E COMPRESSIVO'NU NEE XTRUVEUS•E . •3.26 ANNEXEV .I I.: PERTURBATVIEO LN' ECOULEMEVNATN SL A ZONEV E POMPAGIEN TROVUIPTAER L ' EXISTENVC'EU N) EUE NTRE L'ARETVEE FILETET LE FOURREA.U . 328 REFENRCEES • . 332 PARTIEE :M ECANIQUED ES ETIRAGES : FABRICATIODNE S FIBRESE T FILMS • .33 5 El- ETIRAGDE' UNL IQUIDE •.• •J3 7 1. Experiencdee TroutonN-otiodne viscosite elongation3n3e7l le 2. Un ecoulemenetl ongationneetla bil :l e filaget extile. . 339 3. Premieraep prochdee l'etiragde' unf luiden ewtonien 3i.soH1thy.erpm e octim:htn:iE!il!sq-3eu. eL2 ee.sq uadtpuir oo..nb 34sl0 E!me- 3.R3e.s odleeusqt uia-o3tn.i E4ox.na sdm 'palpeps-l ication 3.T5e.ds edtsi ffaEtprpernotel\efisfm eacttiuoeness 4. Approchvei scoeLastiqduue f ilaget extilei sotherme . 345 4.L1ee.sq uadtpuir oon·b4s l. E!L2mee.esq uaatdiiomnesn · sion-n4e.Ml3l!l.te dhsreo e dseo- l4u.Rt4l!i.so unl tats 5. 5rlo.dMe1loi.sadt iiodnuf dfiileeacgseqaa l u'taiadir. tleo.ima n oe snc sa 5n.iL2qe•.u 3s 4e9 d6leqma ul! atcthaieenodtrm-ilne i5qtas q.uRh u3eeee. srms- 5oi c.lqRo4uuE!u.ettdsp· iae eu1otsql8ns u e a tions E2- NOTIOONES 8 1-ETIRAGE APPLICATION AO UL F'IELXMAT RUSION PLAT . 358 1. Bi-etiragde' unee prouvettlei quideC.o mportement 2n.ew tonien . 358 Le prodde d'extrusiodne film.!I p lat . 359 3. c3tLo.eLsrn1e ceqa.uah -ti id3aon3nvem.msetL. ci paee net is-qsqeu3e d usus. pLarsd2obetecle.lesi o'm ,e o l!nnqdasduiu yl1t/\in1i ma1oeim.bn n3ti6rs0 eqe su e 4. {Mo;dLl!�ltee·n ee w tnodnsieeciens soout hnerrtm .e -r• 4a.iL2ne,e. tsq, e usad tei ,o 36n4 s d4f�u.mi 14 l�4ud-=.i E��5�l\�.4��eu da:11p�re�·le pve=s f �u��t�:l !�t��a��t!�� e ��;: !u��r�: �s � 7.Le sa utresL oisd e comportement viscoeLa•s Hq,u e. .4.14 7.1Le.s differenttsy pesd e lois viscoelastique-s7 .2L.es critBresd e choixd 'unel oi de comportemenvti scoe1astique 8.L esc alculsv iscoeLastiques . 417 • EXERCEISC . 419 • CORRIGE. • 421 F2- MESURDEE SC ONSTANTVEISS CDELASTIDQEUSEL SI QUIDES • 433 1.I ntroducti.on . • 433 2.L e rMometrec ane-pla.n . 433 t2r.iq1uHey.sp- o2tM.se3 cEi.qnu l!mialtiibqruede y -nam2i.q2u.eL deus f13:oysntcE!tmei o-nsv2 i.sc4oamep.p ro xfionmacttiioonn ·n 2em.mt5 Ex.e rrple de rEisultat- 2.6A.ut resrrc des de 3.L e rheometroer thogonal • 442 3Com.po1Crit.ne Eimrnamtt ivqiusece otl pdraisntciiqpugeedEt un Eirrhaelo- m3E!t.reo3 Cro.tmh poogrotneam-le 3nt.s 2. simple 4.L a balancre heometr.e . 447 FJ• INSTABILDIETSEE COULEMENVTISS COELASTIQUES . . 449 1.D escriptidoens instabilith . . 449 2.I nterpretatidoen l 'instabilite d'etirage . 451 2.1Ca.s d'un fluiden ewtonieni sothenne- 2.2I.nf luence du refroidissement- 2.3I.nf luencede la visco81asticit8 3.L esp henomeneLsi esa L'apparitidoens instabilitdh' e d'ecoulemeennt s ortied e fil i eres. . 454 3.1Vi.s ualis1;1tiodne s lignesd 'e coulementd ans un convergent 3.2Vi.s ualisatiodnu champd es vitessesd ans le capillaire- 3.3Re.l ationd ebit-pressioenn rheometrec apillaire- 3.4. Birefringencde' ecoulemmt 4.I nterpretatidoenss i nstabilitde'se xtrusio.n . 459 Ghd4sOaeles. uiccftsoini1Selsd1B tlea.1laamiBa bterrsi1neet--o1st dini Ad4ec th ird8.etee sS-6 lliF a4'oo.xBnn.1;1 c c.tot3 14uiRo.olu.-npned t m45'uAeBr.jn.cdeutoae8 s Iu Ptln.loem'se1e litmsntamteabt undt ileio li lnviql-1tuem-dt8io ee d4nsseo -Bs. teceo42 oEnnu..-t elsa 4em4 oter d..nteti7 se . 5.C riUresd 'apparitidoens instabilitdh' extrusio.n . 463 5.1Ci.s sion critiq-u5e .2N.om t.ired e Weissenberg
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