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Miren JUGO VILORIA - Soutenance de thèse MINES ParisTech

Miren JUGO VILORIA

Analyse et compréhension des instabilités volumiques des élastomères nanochargés en procédés d'extrusion

Titre anglais : Analysis and comprehension of flow instabilities of elastomer compounds
Date de soutenance : 21/04/17
Directeur de thèse : Bruno VERGNES

Mots clés en français : Elastomeres,Extrusion,Rheometrie Capillaire,
Mots clés en anglais : Elastomers,Extrusion,Capillary Rheometry,

Résumé de la thèse en français
L'industrie du transport est le premier émetteur de dioxyde de carbone provenant de la combustion du carburant en France. Sachant que l'impact énergétique des pneus représente 20% de la consommation totale d'un véhicule, Michelin a créé le «pneu vert», avec une faible résistance au roulement. Le processus d'extrusion des bandes de roulement du «pneu vert» est extrêmement dépendant des mécanismes d'écoulement du caoutchouc ainsi que de ses propriétés élastiques et visqueuses. Ces propriétés élastiques peuvent produire des effets indésirables qui se traduisent par des instabilités d'écoulement à l'état fondu à la sortie de la filière, et qui représentent un facteur limitant la vitesse de production. Ce projet de doctorat s'est concentré sur l'identification et les conditions dans lesquelles ces défauts de volume apparaissent au cours du processus d'extrusion, en utilisant la technique de rhéomètrie capillaire, suivie de leur caractérisation et interprétation. Le comportement rhéologique de deux élastomères purs, BR et SBR, ainsi que celui de plusieurs mélanges semi-industriels à base de silice et de deux types d'additifs différents, est étudié pour comprendre les différents types d'instabilités: surface et volume, et les possibles influences de la charge et des additifs présents. La quantification des instabilités chaotiques est réalisée à l'aide d'un code MATLAB® qui mesure les longueurs réelles, ainsi que les distributions de diamètre de tous les extrudats obtenus au cours du processus d'extrusion capillaire. Ces paramètres permettent de mieux comprendre les irrégularités volumiques des mélanges extrudés. Un modèle de l'apparition des instabilités volumiques a également été ébauché, ce qui représente un point de départ vers une meilleure compréhension de ce défaut complexe.

Résumé de la thèse en anglais
The transport industry is the first emitter of carbon dioxide from fuel combustion in France. Knowing that the energy impact of tires represents 20% of the total fuel consumption of a vehicle, Michelin created the “green tire” with low rolling resistance tread bands. The extrusion process of these tread bands is extremely dependent on the flow mechanisms of the rubber as well as its elastic and viscous properties. The elastic properties of any elastomer can produce undesirable effects leading to melt flow instabilities at the exit of the die, which represent a production-rate-limiting factor. This PhD project was concentrated on the identification and the conditions under which these volume defects appear during the extrusion process, using the capillary rheometry technique, followed by their characterization and interpretation. The rheological behavior of two pure elastomers, BR and SBR, as well as several semi-industrial compounds filled with silica and two different types of additives, is studied to comprehend different types of instabilities, surface and volume, and the possible influences of the fillers and additives presented in all compounds. The quantification of the chaotic instabilities is made using a MATLAB® code that measures the real lengths, as well as the diameter distributions of all the extrudates, for each shear rate used during the capillary extrusion process. These parameters help to better understand the volume irregularities of the compounds extrudates. A model of the onset of the volume instabilities was also initiated, representing a point of start towards the better understanding of this complex defect.

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