Modélisation de la cristallisation des polymères dans les procédés de plasturgie : quantification des effets thermiques et rhéologiques

En plasturgie, la maîtrise de la régulation thermique des outillages apparaît aujourdhui comme une des composantes essentielles de lamélioration de la productivité des procédés et de la qualité des produits. Sinscrivant dans le contexte du développement doutils numériques dédiés à loptimisation de la « fonction refroidissement » des outillages, ce travail répond à deux besoins. Le premier est la nécessité de disposer dun modèle précis du comportement thermique des polymères semi-cristallins au cours du refroidissement et de linfluence de cette phase sur la microstructure du matériau, conditionnant ses propriétés finales. Un modèle numérique de la cristallisation dun polymère soumis à un écoulement anisotherme est développé. Le 1er invariant du tenseur des extra-contraintes, représentative du comportement rhéologique viscoélastique du matériau, est considérée comme la force motrice dune germination additionnelle sajoutant à la germination induite par la thermique. La croissance de ces germes est décrite par deux systèmes déquations de Schneider. Le modèle est ensuite appliqué la cristallisation dun polypropylène isotactique dans un écoulement de cisaillement (écoulement de Couette). Les effets thermiques et rhéologiques sur la cristallisation sont alors quantifiés en termes daccélération de la cinétique et de répartition morphologique finale (type, densité et tailles moyennes des cristallites). Dautre part, loptimisation des performances thermiques des outillages fait appel à des techniques de mesure du transfert de chaleur précises, fiables et adaptées aux contraintes du procédé, dans le but dalimenter et de valider les simulations numériques. Une technologie innovante dinstrumentation thermique est mise en uvre sur un moule dinjection, sous forme dun insert fluxmétrique, afin dévaluer localement les transferts de chaleur entre le polymère et loutillage. Linfluence des conditions dinjection sur la réponse du capteur est analysée. Les « signatures thermiques » du procédé ainsi obtenues permettent de valider un modèle simplifié des transferts thermiques lors de la phase de refroidissement