Méthode de détermination de l’efficacité énergétique d’un procédé de mélangeage d’un biocomposite PLA/cellulose

Determination of the energy efficiency in mixing of PLA/cellulose biocomposites

¹ École des Mines d’Alès, Centre CMGD, École des Mines d’Alès, 6 avenue de Clavières, 30319 Alès Cedex, France
² UMR 1208 Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes (IATE), INRA/Agro.M/UM2/ CIRAD, Campus de la Gaillarde, 2 place Pierre Viala, 34060 Montpellier Cedex 01, France
e-mail : anne.bergeret@mines-ales.fr

Reçu : 17 Juin 2011
Accepté : 17 Février 2012

Résumé

Afin de mettre en place une méthode de détermination de l’efficacité énergétique du procédé de mélangeage d’un bio³composite PLA renforcé de fibres courtes de cellulose, nous avons d’abord dressé le bilan énergétique de ce procédé dans le cas du polymère pur. Le processus se déroule en deux phases : la fusion et le mélange. Dans la phase de fusion, le polymère doit fondre et atteindre la température de consigne; une fois cette température atteinte, la phase de mélange démarre. L’efficacité dans la phase de fusion est définie par le rapport entre l’énergie théorique nécessaire pour atteindre la température de consigne et l’énergie réellement consommée au moment où cette température est atteinte. Il a été montré que l’efficacité de la phase de fusion augmente avec la température de consigne et diminue avec la vitesse de rotation. Dans le cas présenté ici, l’efficacité de la phase de mélange est nulle puisqu’il n’y a qu’un constituant. Quelques essais sur des composites ont également été réalisés. Il a été montré que la consommation énergétique augmente fortement avec le taux de fibres dans le cas de suspensions concentrées et qu’elle varie peu avec le facteur de forme dans le cas de suspensions diluées et semi-diluées. Il a également été montré que l’influence de la vitesse de rotation est similaire dans le cas du polymère pur et dans le cas des composites.

Abstract

In order to set up a method to determine the energy efficiency of a cellulose fibres reinforced PLA biocomposite compounding process in a batch mixer, it was necessary to study the energy balance of mixing in the case of pure PLA. The process consists in two steps: (1) melting and (2) mixing. In the melting phase, the polymer pellets has to melt and to reach the mixing set temperature; once this temperature is reached, the mixing phase starts. Energy efficiency of the melting phase is defined as the ratio between the theoretical energy consumed by the material to reach the mixing set temperature and the energy consumed the temperature is reached. It appears that melting efficiency increases with the missing temperature and decreases with rotor speed. Reinforced composites having different concentration regime were also studied. In the case of concentrated suspensions, it appears that the total energy input increases with the fibre content. Aspect ratio has no significant influence on energy consumption for diluted and semi-diluted suspensions but strongly increases the energy consumption in the case of concentrated suspensions.