Extensional rheology of polyolefin based composite melts : An experimental and modelling study

Rhéologie élongationelle de composites à base de polyoléfines : Une étude expérimentale et modélisation Les polymères ayant un comportement rhéo-épaississants sous écoulement élongationnel sont préférés pour certains procédés industriels telles que le thermoformage, le moulage par soufflage, etc. De plus, des charges inorganiques rigides sont généralement ajoutées pour conférer des propriétés fonctionnelles spécifiques à ces polymères. Un état de l’art sur le sujet montre que l’ajout de charges modifie la nature de l’écoulement élongationnel. Selon la nature de la matrice, c’est-à-dire rhéo-épaississant ou comportement linéaire, les composites à l’état fondu présentent soit une suppression du comportement rhéo-épaississant, soit un comportement rhéo-fluidifiant par rapport à la matrice pure, ce qui induit des difficultés de mise en œuvre. L’origine du comportement rhéo-fluidifiant sous écoulement élongationnel des composites à l’état fondu n’a pas été précisement abordé dans la littérature. Dans ce travail de thèse, nous étudions l’effet de particules inorganiques sur le comportement rhéologique de polyoléfines. Pour répondre à la question sur l’origine de la rhéo-fluidification ou de la suppression du rhéo-épaississement dans les composites à l’état fondu, nous avons étudié une matrice linéaire (EPDM) et une matrice rhéo-épaississante (Pebd) chargées de deux silices hydrophiles de taille nanométrique ou micrométrique. L’effet de la réticulation par rayonnement sur le comportement élongationnel des composites EPDM-silice nanométrique a également été étudié. Les composites contenant une matrice d’EPDM présentent un comportement rhéo-fluidifiant, tandis que les composites à matrice PEbd ne présentent qu’une réduction du rhéo-épaississement sans rhéo-fluidification. Les composites EPDM-nano-silice réticulés présentent un comportement plus complexe, avec une rhéo-fluidification initiale suivi d’un rhéo-épaississement aux temps longs. Pour modéliser le comportement sous écoulement élongationnel des composites polymères fondus, nous avons utilisé le modèle de Leonov pour le système EPDM-silice fractale et avons discuté ses inconvénients inhérents. Pour les surmonter, nous avons quantifié l’effet du cisaillement interparticulaire en développant deux modèles, le modèle « Leapfrog » qui n’inclut pas l’effet de couplage des contributions d’élongation et de cisaillement et une théorie de champ moyen qui prend en compte cet couplage. Le modèle « Leapfrog » est capable de prédire le comportement élongationnel des composites EPDM-nano-silice mais sous-estime les niveaux de viscosité pour les systèmes à base de PEbd. Par contre, la théorie de champ moyen permet de modéliser avec succès et un nombre de paramètres très limité, le comportement élongationnel de tous les systèmes considérés, c’est-à-dire quelque soit le comportement rhéologique de la matrice pure ou de la nature des particules.