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Analyse Morphologique et Modélisation du processus de moussage d'élastomères

Analyse Morphologique et Modélisation du processus de moussage d'élastomères

Morphological analysis and modeling of the foaming process of elastomers

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique numérique et Matériaux

Ecole doctorale

SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Directeur de thèse

PEUVREL-DISDIER Edith

Co-encadrant

LAURE Patrice

Unité de recherche

Centre de Mise en Forme des Matériaux

Contact
Date de validité

01/10/2019

Site Webhttp://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/phd-thesis-2019
Mots-clés

Elastomère, Moussage, Injection, Matériaux réactifs, Microstructure, Modélisation

Elastomer, Foaming, Injection, Reactive Materials, Microstructure, Modeling

Résumé

La formulation élastomère contient un agent moussant. Lorsqu'on injecte le mélange, la chaleur apportée par le moule active la réaction de production de gaz, mais aussi la vulcanisation. L'enjeu est de maîtriser le procédé pour que le moule soit rempli, le gaz libéré avant vulcanisation. Il faudra donc établir la relation entre la microstructure et les divers paramètres du procédé. Des essais se feront sur un moule instrumenté du centre de recherche d' Hutchinson. Pour caractériser la microstructure des pièces produites, les moyens les plus à la pointe seront utilisés : microscopies optique et électronique à balayage (MEB), micro-tomographie de Rayons-X.

La modélisation de la cellularisation à l'échelle micro et macro permettra de comprendre d'une part l'évolution d'une bulle dans un élastomère sous pression et température et d'autre part d'avoir la distribution de taille de bulles dans la pièce moulée à la fin du procédé. Les calculs seront fait en Python à l'échelle microscopique et en utilisant le logiciel REM3D? (TRANSVALOR) à l'échelle macroscopique. Les développements théoriques seront comparés aux observations expérimentales. Les résultats de la modélisation seront intégrés au logiciel REM3D®.

The main objective concerns the optimization and prediction of cellular structures in elastomeric materials for vehicle sealing parts. This allows producing lighter parts (CO2 reduction) with a good acoustic and mechanical behavior.

The rubber formulation contains a chemical foaming agent. When the mixture is injected, the heat supplied by the mold activates the gas production reaction, but also the vulcanization. The challenge is to control the process so that the mold is filled and the gas released before vulcanization. The objective is to understand the main mechanisms governing the foaming process in order to better control the cells size and the dimensions of the part after opening of the mold.
The relationship between the microstructure and the various parameters of the process has to be established. Experiments will be performed on an instrumented mold. X-ray micro-tomography and image analysis will be used to characterize the microstructure of the foams. Dedicated experiments will be designed in order to better understand the different physico-chemical phenomena.

The modeling of the cellularization at the micro and macro scale will enable to understand on one hand the evolution of a bubble in an elastomer under pressure and temperature and on the other hand to have the distribution of bubbles sizes in a molded part at the end of the process. Calculations will be done in Python at the micro scale and using the REM3D software (TRANSVALOR) at the macroscopic scale. The theoretical developments will be compared to the experimental observations. The modeling results will be integrated into the REM3D® software.

Contexte

...

Encadrement

...

Profil candidat

- Diplôme d'ingénieur ou M2 en physico-chimie des matériaux, rhéologie, thermomécanique des fluides
- Profil en modélisation de phénomènes physiques (et analyse inverse) en utilisant des tests expérimentaux et des calculs numériques, avec une forte affinité pour le travail expérimental
- Connaissance des matériaux polymères et des procédés de mise en forme, de l'analyse d'images et de la programmation en Python appréciée

This project is strongly transdisciplinary (physics, data analysis, modelling, computing applied to engineering) :
- Engineering degree or MSc in physico-chemistry of materials, rheology, fluids thermomechanics
- Excellent writing skills, fluent in English
- Rigorous, autonomous, creative and motivated by working within a multi-disciplinary team
- Skills in modeling of physical phenomena using experimental tests and numerical computations, and strong affinity for experimental work.
- Knowledge in polymeric materials, forming processes, image analysis and programming in Python appreciated.

Objectif

L'objectif de la thèse concerne l'optimisation et la prédiction des structures cellulaires dans les matériaux élastomères pour les pièces d'étanchéité de véhicules. Cela permet de produire des pièces plus légères (réduction CO2) présentant un bon comportement acoustique et mécanique.

Références

J. Bikard, J. Bruchon, T. Coupez, L. Silva, Numerical simulation of 3D polyurethane expansion during manufacturing process, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 309, 49 - 63 (2007)
J.A. Reglero Ruiz, M. Vincent, J.F. Agassant, Numerical Modeling of Bubble Growth in Microcellular Polypropylene Produced in a Core-Back Injection Process Using Chemical Blowing Agents, Int. Polym. Proc., 31, 26-36 (2016).
C. Raimbault, S.A.E. Boyer, P. Laure, M. Vincent, J.F. Agassant, F. Choquart, Injection of polyurethane foaming on a porous medium, 35th International Conference of the Polymer Processing Society, 26-30 May 2019, Cesme-Izmir (Turkey)

Type financement

Convention CIFRE

Document PDF

https://www.adum.fr/download.pl?tk=23ccx9o942sfraucfv7q1zflqhc87pqm

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