Brevet FR2686694A1 — publié le 19930730

La présente invention concerne un rhéomètre destiné à être disposé en sortie d'une vis d'alimentation d'une presse à injecter un matériau polymère, comprenant un corps de rhéomètre dont une première extrémité est munie d'une pièce de raccordement mécanique à ladite vis d'alimentation, ledit corps de rhéomètre présentant un conduit pour l'écoulement dudit matériau polymère et au moins deux capteurs de pression placés le long dudit conduit. L'invention trouve une application avantageuse dans le domaine de l'industrie des matières plastiques, et plus particulièrement dans l'injection et le moulage desdites matières plastiques. D'une manière très générale, les presses à injecter des matériaux polymères comprennent une trémie qui achemine sous forme de granulés lesdits matériaux polymères vers une vis sans fin d'alimentation. Un dispositif de chauffage porte à l'état fondu les matériaux à injecter qui sont alors conduits. par ladite vis d'alimentation vers une buse d'injection sous une vitesse et une pression hydraulique dont les valeurs sont imposées par la presse. De façon à pouvoir bien maîtriser les conditions de l'injection, il y a avantage à connaître les principaux paramètres rhéologiques d'écoulement du matériau polymère considéré. Dans ce but, on peut utiliser en sortie de la vis d'alimentation, et à la place de la buse d'injection, un rhéomètre conforme au préambule dans lequel deux capteurs de pression placés en amont et en aval de l'écoulement permettent d'effectuer des mesures conduisant à une détermination de la viscosité du matériau polymère fondu à la température de mise en oeuvre. Le rhéomètre est ensuite démonté et la buse d'injection remise en place afin de procéder à l'opération d'injection. Les rhéomètres connus présentent toutefois un certain nombre d'inconvénients. En particulier, les capteurs de pression n'étant pas placés directement sur l'écoulement mais au niveau de puits débouchant sur ledit conduit, les pressions mesurées correspondent à celles des volumes de matériau polymère contenu dans lesdits puits et non pas aux pressions cherchées, c'est-à-dire celles du matériau polymère au niveau de l'écoulement. I1 est alors nécessaire d'effectuer des corrections sur le résultat des mesures de façon à compenser cette erreur systématique. De plus, l'utilisation de tels rhéomètres exige de procéder à chaque fois à la dépose et la pose de la buse d'alimentation, d'une part, et du rhéomètre lui-même, d'autre part. Enfin, il convient de souligner que, dans les rhéomètres décrits ci-dessus, le matériau polymère fondu s évacue librement vers l'extérieur sous une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique, donc notablement plus faible que la pression réelle d'injection en fonctionnement normal. I1 s'ensuit là encore une erreur systématique liée au fait que les conditions de mesure sont différentes des conditions effectives d'utilisation. Aussi, le but de la présente invention est de proposer un rhéomètre pour presse à injecter conforme au préambule qui apporterait une solution aux inconvénients des rhéomètres connus. Selon la présente invention, cette solution consiste en ce que ledit conduit est au moins partiellement constitué par une filière présentant un trou longitudinal d'écoulement et au moins deux trous transversaux débouchant dans ledit trou d'écoulement et destinés à recevoir respectivement lesdits capteurs de pression au débouché du trou d'écoulement, et en ce que ledit corps de rhéomètre comporte également à une deuxième extrémité, opposée à la première, une buse d'injection du matériau polymère. Ainsi, ladite buse d'injection étant rapportée sur le corps du rhéomètre de l'invention, il n'est plus nécessaire de procéder à des opérations de montage et démontage nombreuses et fastidieuses. En d'autres termes, ledit corps de rhéomètre est monté à demeure sur la presse à injecter et en fait partie intégrante. Cette caractéristique a également pour avantage que les mesures, de pression notamment, sont effectuées dans les mêmes conditions que l'injection, ce qui augmente de manière sensible la précision des résultats obtenus Enfin, du fait que les capteurs de pression peuvent être placés en effleurement du conduit d'écoulement, les mesures n'exigent pas de corrections d'origine géométrique, contrairement aux rhéomètres connus. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue en coupe d'un rhéomètre conforme à l'invention. La figure 2 est un schéma d'une unité de traitement des mesures fournies par le rhéomètre de la figure 1. La figure 1 montre, en coupe, un rhéomètre 100, destiné à être disposé en sortie d'une vis d'alimentation, non représentée, d'une presse à injecter un matériau polymère dans la direction représentée par les flèches Fl et F2. Le rhéomètre 100 de la figure 1 comprend un corps 110 de rhéomètre dont une première extrémité est munie d'une pièce 120 de raccordement mécanique à ladite vis d'alimentation, tandis qu'une deuxième extrémité, opposée à la première, reçoit une buse 130 d'injection dans un moule, non représenté, du matériau polymère à l'état fondu. Comme on peut le voir sur la figure 1, le corps 110 de rhéomètre incorpore une filière 140 présentant un trou longitudinal 144 d'écoulement qui définit au moins partiellement un conduit permettant au matériau polymère de s'écouler depuis la pièce 120 de raccordement à la vis d'alimentation jusqu'à la buse 130 d'injection. La filière 140 de la figure 1 est munie de trois trous transversaux 141, 142, 143 débouchant dans ledit trou 144 d'écoulement, et dans lesquels peuvent être logées respectivement les extrémités de trois capteurs 111, 112, 113 de pression au débouché du trou d'écoulement. I1 faut noter que la présence de capteurs de pression dans une filière cylindrique de très faible diamètre entraînerait des espaces morts pouvant perturber l'écoulement du matériau polymère. Aussi, pour limiter cette perturbation, il y a avantage à choisir des filières d'au moins 2, 5 mm de diamètre. Les capteurs 111, 112, 113 de pression sont, de préférence, des transducteurs piézoélectriques dont l'élément sensible est directement en contact d'affleurement avec le matériau polymère fondu dans le trou d'écoulement de la filière 140. De façon à maintenir le matériau polymère à l'état fondu à une température de consigne donnée, le corps 110 de rhéomètre est pourvu de moyens de régulation de la température constitués, dans l'exemple de la figure 1, par deux manchons chauffants 151, 152 à résistances dont le courant de chauffage est régulé par un organe 200 de commande situé dans la presse à injecter. Afin de contrôler la température du rhéomètre, différents points de mesure sont prévus, en particulier, sur le corps 110 de rhéomètre où des trous 114, 115 de logement sont aménagés pour recevoir des capteurs de température, thermocouples par exemple. De même, la pièce 120 de raccordement peut aussi comporter un trou 121 de logement destiné à un capteur de température, également du type thermocouple. Comme on peut l'observer sur la figure 1, le corps 110 de rhéomètre peut être constitué de trois pièces. Deux pièces principales 116, 117 comprennent notamment les capteurs 111, 112 de pression débouchant dans les trous transversaux 141, 142 extrêmes de la filière 140. Une pièce intermédiaire 118 comprend le capteur 113 de pression débouchant dans le trou transversal 143 intermédiaire de la filière 140. Les pièces principales 116, 117, la pièce intermédiaire 118, ainsi que la pièce 120 de raccordement et la buse 130 d'injection sont assemblées et solidarisées par des vis 160. On notera qu'en cas de besoin, la pièce intermédiaire 118 peut être omise. Dans ce cas, la filière utilisée ne comportera que deux trous transversaux extrêmes correspondant aux trous 141, 142 de la figure 1. On verra en effet dans la suite que la détermination de certains paramètres rhéologiques du matériau polymère mis en oeuvre n'exige la connaissance que de deux valeurs de la pression. La figure 2 donne le schéma du traitement des données permettant d'accéder aux caractéristiques mécaniques du materiau polymère au cours de l'écoulement. L'organe 200 de commande de la presse à injecter. un microprocesseur par exemple, impose à la vis d'alimentation une pression hydraulique PhS un débit volumétrique Q et une température de fusion du matériau polymère considéré. D'autre part, comme cela a été dit plus i ut, le microprocesseur 200 de commande contrôle le courant d'alimentation des manchons chauffants 151, 152 du rhéomètre. Les mesures de pression et, éventuellement de température, fournies par le rhéomètre 100 sont amplifiées par les amplificateurs 301, 302 et appliquées, ainsi que le débit volumétrique Q et, au besoin, la pression hydraulique Ph, à un convertisseur analogique/numérique 400. Un microordinateur 500 traite les données ainsi numérisées selon un logiciel traduisant en langage informatique les développements mathématiques exposés ci-après. Les résultats obtenus, viscosité apparente et élasticité, sont transmises à un dispositif 600 de visualisation, imprimante ou table traçante. On considère dans ce qui suit que l'écoulement dans la filière est un écoulement de cisaillement, établi et axisymétrique. La contrainte de cisaillement TW à la paroi est donnée par la relation R . =2 L où R est le rayon de la filière et L sa longueur . P est la perte de charge dans la filière. On observera que la mesure deaP ne nécessite que deux valeurs et donc deux capteurs de pression. Dans le cas des fluides newtoniens, le taux de cisaillement à la paroi y(ss a pour expression m4 Y 3 oe où Q est le débit volumétrique de la vis d'alimentation. Dans le cas des fluides non newtoniens, il est nécessaire d'apporter une correction à la formule précédente pour obtenir un taux réel de cisaillement y défini r Dans le cas des fluides dont le comportement rhéologique suit la loi puissance, l'indice de pseudoélasticité n peut s'écrire n = d(Ln ##) d(Ln##) On obtient alors l'expression qui donne le taux réel de cisaillement à partir du taux apparent de cisaillement à la paroi. La viscosité apparente corrigée ri s'écrit alors, T w L'élasticité N1 des matériaux polymères à l'état fondu se caractérise en général par la première différence des contraintes normales N1 = 11l - T 22 où T11 désigne la contrainte normale dans la direction de l'écoulement et T la contrainte normale dans la direction du cisaillement. L'élasticité 22 peut s'exprimer en fonction de la pression de sortie Ps sous la forme N1 = Ps (1+ d(LnPs) d(LnTw > Dans le cas du rhéomètre de l'invention, la pression Ps en sortie de la filière 140 peut être déterminée par extrapolation linéaire des variations de la pression mesurée par les capteurs 111, 112, 113 en fonction de la position dans la filière. Le résultat sera d'autant plus précis que le nombre de capteurs de pression sera plus grand, ce qui explique l'intérêt de disposer de trois capteurs par exemple. REVENDICATIONS 1. Rhéomètre (100) destiné à être disposé en sortie d'une vis d'alimentation d'une presse à injecter un matériau polymère, comprenant un corps (110) de rhéomètre dont une première extrémité est munie d'une pièce (120) de raccordement mécanique à ladite vis d'alimentation, ledit corps (110) de rhéomètre présentant un conduit pour l'écoulement dudit matériau polymère et au moins deux capteurs (111, 112, 113) de pression placés le long dudit conduit, caractérisé en ce que ledit conduit est au moins partiellement constitué par une filière (140) présentant un trou longitudinal (144) d'écoulement et au moins deux trous transversaux (141, 142, 143) débouchant dans ledit trou d'écoulement et destinés à recevoir respectivement lesdits capteurs (111, 112, 113) de pression au débouché du trou (144) d'écoulement, et en ce que ledit corps (110) de rhéomètre comporte également à une deuxième extrémité, opposée à la première, une buse (130) d'injection du matériau polymère. 2. Rhéomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (110) de rhéomètre comporte en outre au moins un trou (114, 115) de logement destiné à recevoir un capteur de température. 3. Rhéomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pièce (120) de raccordement comporte un trou (121) de logement destiné à recevoir un capteur de température. 4. Rhéomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit corps (110) de rhéomètre est en contact thermique avec des moyens (151, 152) de régulation de la température. 5. Rhéomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation de la température sont constitués par au moins un manchon chauffant (151, 152) entourant le corps (110) de rhéomètre.