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

Rheological behavior in transient shear flows for concentrated short fiber filled polymer

¹ CRASP, Département de Génie Chimique, École polytechnique de Montréal, C.P. 6079, Succ. Centre-Ville, Montréal, QC, H3C 3A7, Canada
² LG2M, Université de Bretagne Sud, Rue de St Maudé, BP 92116, 56321 Lorient Cedex, France

Auteur de correspondance : gilles.ausias@univ-ubs.fr

Reçu : 10 Juin 2003
Accepté : 7 Novembre 2003

Résumé

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.

Abstract

The behaviour of commercial short glass fibre filled polypropylene behaviour has been studied. A molten thermoplastic filled polymer containing short fibres with an initial isotropic orientation state exhibits a viscosity overshoot when sheared in parallel plate geometry of a rheometer. In this study, after a first deformation, the sample has been sheared in the reverse direction and an other viscosity overshoot has been observed. Similarly, normal stress overshoots were observed. In the reverse flow the normal stresses were initially negative and then exhibited a positive overshoot. A model has been used to describe these viscosity and normal stress overshoots. It is based on the Folgar-Tucker equation for fibre motion and the Lipscomb constitutive equation. These equations have been established for dilute or semi-dilute solutions. These industrial composites are considered as concentrated suspensions; the fibres are close to their neighbours and fibre rotation is slower than predicted by the model. This model has been empirically modified to correctly describe the overshoots with increasing fibre content.