Transferts dans les polymères

Contexte

Les procédés de mise en forme des matières plastiques incluent tous une phase essentielle qui consiste à chauffer ou à refroidir le matériau et/ou son environnement. Une meilleure compréhension du comportement thermomécanique des matériaux polymères pendant leur transformation est donc indispensable à l’optimisation du procédé et à la maîtrise des coûts de production.
Dans cette optique, la modélisation est un outil incontournable : elle permet l’élaboration de simulations numériques visant à optimiser le fonctionnement des machines et ainsi à rendre le procédé plus compétitif en améliorant la qualité des produits et en réduisant la consommation d’énergie. En outre, les champs d’investigation scientifique concernant les polymères et les composites sont vastes et un important travail de recherche fondamentale reste à être conduit. Lois de comportement des matériaux lors de leur transformation aussi bien en phase liquide que solide, influence des paramètres du procédé sur les propriétés de l’objet fini, adaptation et optimisation des outillages, réduction des énergies de mise en œuvre sont autant de sujets actuels de recherche scientifique fondamentale que de verrous technologiques pour les industriels.

Objectifs

Nos activités visent à mieux comprendre les phénomènes physiques liés à la transformation des matériaux polymères et composites afin de les modéliser et d’optimiser les procédés de leur mise en forme. Elles comportent un volet expérimental (observation, compréhension, caractérisation) et un volet théorique (modélisation et simulation numérique). Les perspectives scientifiques portent sur les transferts dans les matériaux, dans les procédés et aux interfaces matériaux-procédés. Elles sont guidées par les couplages multiphysiques, essentiellement thermomécaniques et rhéologiques, qui régissent ces matériaux et ces procédés à différentes échelles, mais aussi par l’interaction complexe que représente le triptyque procédé/structure/comportement des matériaux.
Nos recherches s’étalent suivant un continuum d’échelles, du local au global, du fondamental à l’application :

• tout d’abord, analyse séparée des phénomènes physiques régissant le comportement du matériau avec apport de connaissances quand cela est nécessaire/possible: thermique (conduction, convection, rayonnement), mécanique (écoulement, cisaillement), rhéologique (viscoélasticité) et physico-chimique (cristallisation)
• puis étude de l’interdépendance de ces phénomènes et de l’optimisation des performances des procédés en relation avec la structure et/ou le comportement du matériau
• enfin, identification de paramètres, mesures et instrumentation des outillages pour une meilleure corrélation entre modèle et réalité industrielle, permettant des prévisions et des recommandations pratiques pour l’amélioration des performances.

Un de nos objectifs scientifiques est le développement de modèles reliant les cinétiques de transformation de microstructure des matériaux aux cinétiques thermiques qui leur sont appliquées. Cette analyse met en œuvre des modèles d’identification de paramètres globaux, généralisables, mais basés sur la connaissance de la physique des ces matériaux. La réduction de modèles permet d’identifier expérimentalement ces paramètres par des mesures fines mais suffisamment simples pour être mises en œuvre de façon directe pour différents types de matériaux

Compétences scientifiques

• Caractérisation des propriétés thermophysiques des polymères et composites
• Rhéologie et lois de comportement des matériaux
• Modélisation de la cristallisation des polymères sous écoulement : prévision et caractérisation de la structure des matériaux polymères, de composites :
• Cristallisation sous écoulement
• Prévision et caractérisation des structures semi-cristallines des matériaux polymères et composites
• Quantification des effets thermique et mécanique sur la cristallisation.
• Transferts thermiques aux interfaces moule-matière dans les procédés de plasturgie (instrumentation et développement de métrologie basée sur des méthodes inverses) ;
• Optimisation des transferts thermiques dans les procédés : modélisation du couplage structure/procédé/comportement des matériaux) ;
• Instabilités hydrodynamiques dans les écoulements de fluides visqueux et viscoélastiques: application à la peinture, à l’extrusion de matériaux en film, etc.
• Simulation numérique des procédés : injection, extrusion, pultrusion, rotomoulage, frittage infrarouge ou laser.

Quelques collaborations internationales

Université de Santiago de Chile, Mc Gill Université (Canada), CREPEC Canada, SIGMASOFT® Allemagne, Université de Tiziouzou (Algérie), Université de Carthage (Tunisie), Vrije Universiteit BRUSSEL, Universidad Politecnica de MADRID.

Qulques collaborations nationales

LMFA- Université Lyon 1, Université de Strasbourg, LTN-Université de Nantes, Université de Haute Alsace (Mulhouse), ENSAM Paris, Pôle de Compétitivité Plastipolis, GDR MIC Matériaux composites.

Partenariats industriels récents

Pole Européen de Plasturgie ( France), Compose Tools ( France), Solvay (Rhodia France), Roctool (France) , Plastic Ominum ( France), EVE System (France), Influtherm ( France), Mecaplast (Monaco), Olesa Iidustrials de Moldes SA (Portugal), Centro Ricerche FIAT (Italie), Repol SL ( Espagne).

Mots Clés

Transferts thermiques, Matériaux, Polymères, Composites, Rhéologie, viscoélasticité, cristallisation, procédés de transformation (injection, thermoformage, pultrusion, rotomoulage, frittage…), Plasturgie, instrumentation thermique, Caractérisation thermophysique.

Formation INSAVALOR (Advanced R&D training)

Thermique des moules en plasturgie

Implication dans des réseaux scientifiques

Membres de l’AFM, ASME, SF2M (Président de la section Sud-Est), PPS