Modélisation de l'expansion d'une bulle dans le rotomoulage des mousses polymères par agent porogène chimique

Bubble expansion modelling within polymer foam rotomolding by chemical blowing agent

¹ Pôle Universitaire Léonard de Vinci - ESILV, 92916 Paris La Défense Cedex, France
² ENSAM – LIM, 151 Bd de l'Hôpital, 75013 Paris, France
³ École centrale de Nantes, Laboratoire Matériaux, BP 92101, 44321 Nantes Cedex 3, France

Reçu : 10 Juillet 2008
Accepté : 14 Octobre 2008

Résumé

En rotomoulage, l'expansion des mousses est régie par la nucléation et l'évolution de la taille des bulles issues de la décomposition thermique des particules de l'agent moussant chimique. Les études expérimentales à l'échelle microscopique ont permis de tracer l'évolution cinétique d'une bulle au sein de la matrice fondue. Elles ont également démontré le caractère hétérogène des phénomènes de la nucléation, de l'expansion et de la distribution des bulles dans la matrice. La morphologie des mousses se trouve largement influencée par les paramètres du procédé, les caractéristiques intrinsèques du polymère et ceux de l'agent porogène. L'évolution du rayon de la bulle est engendrée exclusivement par la décomposition de l'agent porogène solide situé à l'intérieur de la bulle. Cette décomposition se traduit par une augmentation du nombre de moles du gaz libérées, faisant ainsi croître la pression du gaz au sein de la bulle. Un équilibre quasi-statique s'établit entre la pression du gaz, son volume, la pression extérieure, la viscosité et la tension de surface du polymère fondu. Les lois de conservation appliquées à cette cellule permettent de calculer l'évolution du rayon de la bulle au cours de la phase d'expansion ainsi qu'une comparaison de notre modèle avec les résultats expérimentaux. Bien que ce modèle soit soumis à des hypothèses restrictives, il constitue une première étape vers l'étude d'un échantillon de mousse rotomoulée.

Abstract

During rotational foam moulding, the expansion of the polymer foam is governed by the nucleation and the growth of bubbles resulting from the thermal decomposition of solid chemical blowing agent particles. The experimental studies in microscopic scale made it possible to trace the kinetic evolution of a bubble within the molten matrix. These experiments showed also the heterogeneous character of the phenomena of nucleation, of the expansion of the bubbles and their distribution in the matrix. The morphology of the foam is largely influenced by the parameters of the process, the intrinsic characteristics of polymer and those of the blowing agent. The decomposition of the solid foaming agent results in an increase of the number of released gas moles. This increases the bubble gas pressure, a quasi-static balance is established between the pressure of gas, its volume, the external pressure, the viscosity and the surface tension of molten polymer. The conservation laws applied to a cell model make it possible to calculate the evolution of the bubble radius during expansion and a comparison of our model with the experimental results. Although this model is subjected to restrictive assumptions, it constitutes a first stage towards the study of rotomolded polymer foam sample.