SYS862a : Propriétés, rhéologie et mise en œuvre des polymères, mélanges de polymères et composites à matrice thermoplastique

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1 SYS862a : Propriétés, rhéologie et mise en œuvre des polymères, mélanges de polymères et composites à matrice thermoplastique Devoir en groupe de 5 à 6 personnes À rendre le 6 novembre 2013 Exercice 1 : (12 points) Discutez trois propriétés des polymères qui diffèrent de celles des métaux et expliquez pourquoi en fonction de la nature de ces matériaux. (9 lignes au plus) Exercice 2 : (12 points) Ci-dessous sont représentées des polymères, trouvez leur nom, leurs propriétés et utilisations et citez ceux qui sont obtenus par polymérisation par étapes ou en chaîne. Exercice 3 : (6 points) Cherchez les températures de fusion du polyéthylène de basse densité, de haute densité et du polypropylène et commentez les résultats. (4-5 lignes) Cherchez ces données dans le Polymer Handbook disponible on line à la bibliothèque. SYS862a Devoir A2013 Page 1 de 5

2 Exercice 4 : (8 points) Considérez les données ci-dessous : Type Plage de masses molaires (g/mol) Masse molaire moyenne Fraction en nombre de molécule du type i Source : Science et Génie des Matériaux, William Callister Calculez la masse molaire en nombre et la masse molaire en masse. Exercice 5 : (8 points) Un polymère amorphe a une température de transition vitreuse de 10 o C. Sa viscosité à 25 o C est de 6 x 10 6 poises. Quelle est sa viscosité à 40 o C? Note : la formule de WLF est : log 17.44(T T ) g g 51.6 (T T g ) Commentez les différences de viscosité en fonction de la température. Exercice 6 : (12 points) Tracez sur un même graphe la courbe log(e)=f(t) pour : un échantillon de polystyrène dont la température de transition vitreuse est 100 o C; du polybutadiène non réticulé dont la température de transition vitreuse est -100 o C; un polyéthylène semi-cristallin dont la température de transition vitreuse est 50 o C et la température de fusion est 265 o C; du phényl-formaldéhyde. SYS862a Devoir A2013 Page 2 de 5

3 Exercice 7 : (10 points) Tracez la courbe maîtresse à -71 o C pour les données Figure 1. Figure 1 Exercice 8 : (32 points) La figure 2 présente une filière pour faire des films par extrusion. Celle-ci comporte trois zones A, B et C. Direc&on)de)) l écoulemement) du)polymère) Figure 2 : Dimensions en mm 1, 2, 3 et 4 représentent les entrées et sorties des différentes zones. SYS862a Devoir A2013 Page 3 de 5

4 Celle-ci est utilisée pour extruder du polyéthylène à 180 o C (les données rhéologiques du matériau sont données à la Figure 3). Calculez la perte de charge lors du passage dans la filière pour un débit de 300 kg/heure et une densité de polyéthylène de 760kg/m 3. Indice : Pour cet exercice, calculez : a) le débit dans la filière en m 3 /s, (4) b) la perte de charge dans la zone A (voir Figure 2). (6) Considérez cette zone (un anneau) comme une fente. Les formules nécessaires pour calculer les pertes de charges sont fournies sur le transparent 18 du cours 4(3). calculez le taux de cisaillement apparent, évaluez la contrainte de cisaillement en utilisant la valeur de la viscosité trouée sur la Figure 3, évaluez la perte de charge pour cette zone. c) La perte de charge dans la zone B. Considérez cette zone comme une filière conique (voir Figure 4). Petit indice : l angle qui correspond à sur la Figure 3 est de 1,5 o. calculez la perte de charge du à l écoulement de cisaillement, (4) calculez la perte de charge du à l écoulement d extension. (4) d) La perte de charge dans la zone C. Considérez cette zone comme une filière conique (voir Figure 4). Petit indice : cette partie de la filière peut être considérée conique (bien que l angle ne soit que d un côté) avec o. calculez la perte de charge du à l écoulement de cisaillement, (4) calculez la perte de charge du à l écoulement d extension, (4) calculez la perte de charge due à l entrée dans la filière. (4) e) La perte de charge totale. (2) Figure 3 SYS862a Devoir A2013 Page 4 de 5

5 Données pour cet exercice : Lorsqu un polymère s écoule dans une filière conique (comme celle montrée en Figure 4 le polymère s y écoule de H o vers H 1 ), il est soumis à des contraintes d extension et de cisaillement. Ceci génère des pertes de charges dues au cisaillement P c et dues à l extension P e. De plus, il existe un perte de charges due à l entrée dans la filière P o. Les expressions pour ces pertes de charges sont données par : avec 3 Φ Où : : est la contrainte de cisaillement à la sortie de la filière (shear stress) : est la contrainte due à l écoulement d extension à la sortie de la filière (tensile stress) Q est le débit volumique en m 3 /s est la viscosité de cisaillement à l entrée de la filière (shear viscosity) est la viscosité extensionelle à l entrée de la filière (tensile viscosity) n exposant de la loi de puissances qui peut être trouvé sur la Figure 3 : taux de déformation extensionnel : taux de cisaillement Sortie Figure 4 Entrée SYS862a Devoir A2013 Page 5 de 5

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