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Comportement rhéologique dans des écoulements transitoires en cisaillement simple des polymères fortement chargés en fibres courtes

Published online by Cambridge University Press:  28 September 2005

Maryam Sepehr ,
Gilles Ausias  and
Pierre J. Carreau
Maryam Sepehr
Affiliation:
CRASP, Département de Génie Chimique, École polytechnique de Montréal, C.P. 6079, Succ. Centre-Ville, Montréal, QC, H3C 3A7, Canada
Gilles Ausias
Affiliation:
LG2M, Université de Bretagne Sud, Rue de St Maudé, BP 92116, 56321 Lorient Cedex, France
Pierre J. Carreau
Affiliation:
CRASP, Département de Génie Chimique, École polytechnique de Montréal, C.P. 6079, Succ. Centre-Ville, Montréal, QC, H3C 3A7, Canada
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Abstract

Le comportement d'un polypropylène chargé de fibres de verre courtes a été étudié. À l'état fondu, un thermoplastique renforcé de fibres courtes ayant un état d'orientation initial isotrope présente un pic de viscosité lorsqu'il est cisaillé entre les deux disques d'un rhéomètre à géométrie plan–plan. Dans cette étude, après une première déformation, l'échantillon a été cisaillé dans la direction inverse et un pic de viscosité a été à nouveau mesuré. De même des pics de contraintes normales ont été observés. Dans l'écoulement inverse les contraintes normales passent par des valeurs négatives puis présentent un pic positif. Un modèle a été utilisé pour simuler ces pics de viscosité et de contraintes normales. Il est constitué de l'équation de Folgar-Tucker pour le mouvement des fibres et de l'équation de Lipscomb pour la loi de comportement. Ces équations ont été établies pour des solutions diluées ou semi-diluées de fibres. Ces composites industriels sont considérés comme des suspensions concentrées, les fibres sont proches de leurs voisines et leurs rotations sont plus lentes que ce que prédit la simulation. Ce modèle a été empiriquement modifié pour simuler correctement les pics lorsque le taux de fibre augmente.

Keywords

Rheologyfilled polymershort fibrepolymer processingmodelorientationconcentrated solutionRhéologiepolymère chargéfibre courtemise en forme des polymèresmodèleorientationsolution concentrée
Type
Research Article
Information
Mechanics & Industry , Volume 5 , Issue 4 , July 2004 , pp. 419 - 428
Copyright
© AFM, EDP Sciences, 2004

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References

Jeffery, G.B., The motion of ellipsoidal particles immersed in a viscous fluid, Proc. Roy. Soc. A102 (1922) 161–179 CrossRef
Advani, S.G., Tucker, C.L., Closure approximations for three-dimensional structure tensors, J. Rheol. 34 (1990) 367–386 CrossRef
Cintra, J.S., Tucker, C.L., Orthotropic closure approximations for flow-induced fiber orientation, J. Rheol. 39(6) (1995) 1095–1122 CrossRef
Wetzel, E.D., Tucker, C.L., Area tensors for modeling microstructure during laminar liquid-liquid mixing, Int. J. of Multiphase Flow 25 (1999) 35–61 CrossRef
V. Verleye, F. Dupret, Numerical prediction of fiber orientation in complex injection molded parts, Proceedings of the ASME Winter Annual Meeting, MD, vol. 49. HTD-vol. 283 (1994) 264–279
B.E. VerWeyst, Numerical Prediction of Flow-Induced Fiber Orientation in 3D Geometries, Ph.D. Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 1998
Wetzel, E.D., Tucker, C.L., Area tensors for modeling microstructure during laminar liquid-liquid mixing, Int. J. of Multiphase Flow 25 (1999) 35–61 CrossRef
Folgar, F., Tucker, C.L., Orientation behavior of fibers in concentrated suspensions, J. Reinforced Plastics and Composites 3 (1984) 99–119 CrossRef
R.S. Bay, Fiber orientation in injection molded composites: A comparison of theory and experiment, Ph.D. dissertation, University of Illinois, Urbana-Champaign, 1991
Fan, X.-J., Phan-Thien, N., Zheng, R., A direct simulation of fibre suspensions, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 74 (1998) 113–135 CrossRef
Phan-Thien, N., Fan, X.-J., Tanner, R.I., Zheng, R., Folgar-Tucker constant for a fibre suspension in a Newtonian Fluid, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 103 (2002) 251–260 CrossRef
Ranganathan, S., Advani, S.G., Fiber-fiber interactions in homogeneous flows of nondilute suspensions, J. Rheol. 35(8) (1991) 1499–1522 CrossRef
Aït-Kadi, A., Grmela, M., Modeling the rheological behavior of fiber suspensions in viscoelastic media, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 53 (1994) 65-81 CrossRef
Batchelor, G.K., The stress system in a suspension of free-force particles, J. Fluid Mech. 41 (1970) 545–570 CrossRef
Ericksen, J.L., Transversely Isotropic fluid, Kolloid Z. 173 (1960) 117–122 CrossRef
G.G. Lipscomb, Analysis of suspension rheology in complex flows, Ph.D. dissertation, University of California, Berkeley, 1987
Hand, G.L., A theory of anisotropic fluids, J. Fluid Mech. 13 (1962) 33–46 CrossRef
Giesekus, H., Elasto-viskose flüssigkeiten, für die in stationären schichtströmungen sämtliche normalspannungskomponenten verschieden grob sind, Rheol. Acta. 2(50) (1962) 50–62 CrossRef
Ausias, G., Agassant, J.F., Vincent, M., Lafleur, P.G., Lavoie, P.A., Carreau, P.J., Rheology of Short Fiber Reinforced Polypropylene, J. Rheol. 36 (1992) 525–542 CrossRef
Laun, H.M., Orientation effects and rheology of short glass fiber-reinforced thermoplastics, Coll. Polym. Sci. 262 (1984) 257–269 CrossRef
M. Sepehr, G. Ausias, P.J. Carreau, Short fiber filled polypropylene rheology under transient shear flows, soumis au J. of Non-Newtonian Fluid Mech. (2003)
Lacroix, C., Grmela, M., Carreau, P.J., Morphological evolution of immiscible polymer blends in simple shear and elongational flows, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 86 (1999) 37–59 CrossRef
Phan-Thien, N., Fan, X.J., Khoo, B.C., A new constitutive model for monodispersed suspensions of spheres at high concentrations, Rheol. Acta. 38 (1999) 297–304 CrossRef
Phan-Thien, N., Fan, X.J., Zheng, R., A numerical simulation of suspension flow using a constitutive model based on anisotropic interparticle interactions, Rheol. Acta. 39 (2000) 122–130 CrossRef
Ausias, G., Agassant, J.F., Vincent, M., Flow and Fibre Orientation Calculations in Reinforced Thermoplastic Extruded Tubes, International Polymer Processing, IX (1) (1994) 51–59
Chiba, K., Yasuda, K., Nakamura, K., Numerical solution of fiber suspension flow through a parallel plate channel by coupling flow field with fiber orientation distribution, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 99 (2001) 145–157 CrossRef
Poitou, A., Chinesta, F., Torres, R., Numerical simulation of the steady recirculating flow of fiber suspensions, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 90 (2000) 65–80 CrossRef
C.L. Tucker, H.M. Huynh, Fiber orientation in short flow length parts: limitation of current predictions, 17th Annual Meeting of the PPS, Montreal May, 2001, pp. 21–24
Ausias, G., Agassant, J.F., Vincent, M., Optimization of the tube extrusion die for short fiber filled polymers, Composites Sci. and Technology 56 (1996) 719–724 CrossRef
J. Jarrin, G. Ausias, M. Vincent, E. Vinciguerra, F. Dawans, Production of tubes of thermoplastic material reinforced by fibres of controlled orientation and equipment for preparation, Brevet européen n° EP 0503364, Brevet USA n° US 5307843, 1992, Accesion number: 199703-E2-D-0039.