Modelling of the mixing process in internal mixer:
The case of miscible fluids having very different viscosities
MISE EN ŒUVRE REACTIVE DES POLYMERES :
ETUDE ET MODELISATION DE LA DISPERSION EN MELANGEUR INTERNE D'UN LIQUIDE PEU VISQUEUX DANS UN POLYMERE FONDU
Résumé
The objective of this work is to build a model allowing the representation of the mixing phenomenon between two fluids having very different viscosities in an internal mixer, typically a cold plasticizer and a hot molten polymer. Experiments have been carried out through two different systems: ε-caprolactone with polycarbonate and polyamide 6.6 with N-butylbenzenesufonamide, under different operating conditions. Then, we present a dynamic model based on a simplified view of the flow and on mass, energy and momentum balances. As far as the mass transfer is concerned, we consider simultaneously the mechanical action of the rotors and the diffusive process. Heat transfer has to be considered because of the important temperature difference between the two components and the viscous dissipation. Finally, a momentum balance allows us to calculate the velocity profile and the torque time evolution by considering that the viscosity is concentration and temperature dependant. A study on parametric sensibility has been done to measure the influence of parameters on physical data simulated. Simulation results will show a good agreement between the model and experiments.
Le but de cette étude est de construire un modèle permettant de représenter le phénomène de mélange entre deux fluides de viscosités très différentes dans un mélangeur interne, typiquement un plastifiant froid et un polymère fondu chaud. Les expériences ont été menées avec deux systèmes (ε-caprolactone/polycarbonate et N-butylbenzenesufonamide/polyamide 6.6) sous des conditions opératoires différentes : variation de la quantité en plastifiant, de la vitesse des rotors et de la température de consigne. Ce modèle se base sur une vision simplifiée de l'écoulement et sur trois bilans : un de matière, un d'énergie et un de quantité de mouvement. Pour le bilan de matière, nous considérons à la fois l'action mécanique des rotors en mouvement et l'aspect diffusif. Le bilan d'énergie est nécessaire car il existe une différence de température importante entre les deux composés qui se mélangent. Enfin, le bilan de quantité de mouvement permet de représenter les profils de vitesse et de simuler l'évolution du couple (qui est une grandeur expérimentale) en considérant que la viscosité dépend de la concentration en plastifiant et de la température. Une étude de sensibilité paramétrique a été menée pour mesurer l'influence des paramètres sur les grandeurs physiques modélisées. Les résultats des modélisations sont en accord avec les expériences menées.
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