FR2874089A1 - Montage pour essais d'extension de polymeres en fusion et d'elastomeres - Google Patents
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Abstract
Système (800) pour réaliser des mesures d'extension sur un échantillon (850), le système comprenant une armature (820), un arbre (810) d'entraînement de moteur, un cylindre mobile (830) et un cylindre fixe (840). L'arbre (810) d'entraînement de moteur est attaché à l'armature (820). Le cylindre mobile (830) est monté sur l'armature (820). L'échantillon (850) est étiré entre le cylindre mobile (830) et le cylindre fixe (840) du fait de la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre fixe (830) et de la rotation du cylindre mobile (830) autour de son propre axe. La résistance opposée par l'échantillon (850) produit un couple agissant sur le cylindre mobile (830) et le cylindre fixe (840. Le couple est mesuré sur le cylindre mobile (830) ou sur un arbre (880) de transducteur attaché au cylindre fixe (840). Le système (800) est adaptable à un rhéomètre rotatif du commerce.
Description
MONTAGE POUR ESSAIS D'EXTENSION DE POLYMERES EN FUSION
ET D'ELASTOMERES La présente demande revendique le bénéfice de la demande de brevet des Etats-Unis n de série 10/911 553, déposée le 5 Août 2004, qui est intégralement incluse à titre de référence dans la présente description.
CONTEXTE DE L'INVENTION DOMAINE DE L'INVENTION Les formes de réalisation de la présente invention concernent des systèmes et des procédés pour la caractérisation de la fusion de polymères et des essais d'élastomères à l'aide d'un rhéomètre. Plus particulièrement, les formes de réalisation de la présente invention concernent des systèmes et des procédés pour mesurer les propriétés d'extension d'un échantillon de polymère en fusion ou d'élastomère sur un rhéomètre rotatif.
INFORMATIONS GENERALES
Des instruments de mesure d'extension servent à mesurer la viscosité et la relaxation des contraintes d'échantillons contenant des polymères, des élastomères et des mélanges de caoutchoucs. Ces instruments permettent aussi d'optimiser la quantité de matière traitée lors de diverses opérations. Ces opérations comprennent le filage de fibres, le soufflage de feuilles minces, le moulage par soufflage et la coulée de feuilles. Les instruments de mesure d'extension sont appelés rhéomètres extensométriques. Le brevet US 6 578 413 attribué à Sentmanat (brevet 413) décrit différents rhéomètres extensométriques qui ont été mis au point dans l'art antérieur.
Cependant, les rhéomètres extensométriques spécialisés ont un coût prohibitif, sont difficiles à utiliser et ont une utilité limitée. De ce fait, il a été mis au point des montages qui permettent des mesures d'extension à l'aide de rhéomètres rotatifs du commerce. Le brevet 413 décrit un montage pour rhéomètre extensométrique. Ce montage comprend un arbre d'entraînement couplé à une armature. L'armature est en outre couplée à un arbre de torsion, et deux tambours rotatifs sont montés dans l'armature. Une extrémité d'un échantillon est reliée à chaque tambour. On fait tourner les deux tambours en étirant l'échantillon. On mesure le couple provoqué dans le montage par l'étirement de l'échantillon.
Un problème posé par le montage décrit dans le brevet 413 consiste en l'effet qu'ont sur la mesure du couple le frottement dans les paliers des deux tambours et le frottement dans le mécanisme d'engrènement des deux tambours. Du fait de ces frottements, le couple ne peut pas être mesuré directement. Le couple exercé sur l'échantillon doit en fait être calculé d'après le couple mesuré et les effets des frottements.
Compte tenu des considérations ci-dessus, on peut comprendre qu'il existe un grand besoin de systèmes et de procédés avantageusement capables de permettre une réalisation plus directe de mesures d'extension à l'aide de rhéomètres rotatifs du commerce.
Claims (41)
1. Système (100) pour mesurer les propriétés d'extension d'un échantillon (150), comprenant: une armature (120) ; un arbre (110) d'entraînement de moteur fixé à l'armature (120) ; un cylindre fixe (140) ; et un cylindre mobile (130), caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) est monté sur l'armature (120), l'échantillon (150) est attaché au cylindre mobile (130) et au cylindre fixe (140) de façon qu'une partie de l'échantillon (150) qui ne touche pas le cylindre mobile (130) et qui ne touche pas le cylindre fixe (140) s'étende d'une tangente du cylindre mobile (130) à une tangente du cylindre fixe (140), le cylindre mobile (130) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre fixe (140) par la rotation de l'arbre (110) d'entraînement de moteur, le cylindre mobile (130) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre mobile (130), l'échantillon (150) oppose une résistance lorsqu'il est étiré entre le cylindre mobile (130) et le cylindre fixe (140) du fait de la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre fixe (140) et de la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre mobile (130) , et un couple agissant sur le cylindre mobile (130), créé par la résistance, est 25 mesuré.
2. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) et le cylindre fixe (140) ont sensiblement les mêmes dimensions.
3. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) et le cylindre fixe (140) sont à proximité l'un de l'autre.
4. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre fixe (140) en faisant tourner l'arbre (110) d'entraînement de moteur à une vitesse de rotation sensiblement constante.
5. Système (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre mobile (130) approximativement à la vitesse de rotation sensiblement constante.
6. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe du cylindre mobile (130) et l'axe du cylindre fixe (140) sont parallèles.
7. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur du cylindre mobile (130) et la hauteur du cylindre fixe (140) sont sensiblement équivalentes.
8. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur initiale de l'échantillon (150) est au moins égale à la somme du rayon du cylindre mobile (130) et du rayon du cylindre fixe (140).
9. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de la partie de l'échantillon (150) qui ne touche ni le cylindre mobile (130) ni le cylindre fixe (140) est maintenue sensiblement constante pendant la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre fixe (140) et pendant la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre mobile (130).
10. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de l'échantillon (150) qui ne touche ni le cylindre mobile (130) ni le cylindre fixe (140) est sensiblement orthogonale à l'axe du cylindre mobile (130) et à l'axe du cylindre fixe (140).
11. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de l'échantillon (150) occupant la circonférence du cylindre mobile (130) et la longueur de l'échantillon (150) occupant la circonférence du cylindre fixe (140) sont sensiblement équivalentes pendant la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre fixe (140) et pendant la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre mobile (130).
12. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un mécanisme d'engrènement (160) accouplant l'arbre (110) d'entraînement de moteur et le cylindre mobile (130), ce mécanisme faisant tourner le cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre mobile (130) lorsque l'arbre (110) d'entraînement de moteur fait tourner le cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre fixe (140).
13. Système (100) selon la revendication 12, caractérisé en ce que le couple est transmis à l'arbre (110) d'entraînement de moteur depuis le cylindre mobile (130) par l'intermédiaire du mécanisme d'engrènement (160) .
14. Système (100) selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'arbre 5 (110) d'entraînement de moteur est entraîné par un moteur d'un rhéomètre à moteur et transducteur combinés.
15. Système (100) selon la revendication 14, caractérisé en ce que le cylindre fixe (140) est monté sur un cadre d'un rhéomètre à moteur et transducteur combinés.
16. Système (100) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le couple est déterminé en soustrayant, d'un couple total agissant sur l'arbre (110) d'entraînement de moteur, un couple dû à un mécanisme d'entraînement de moteur du rhéomètre à moteur et transducteur combinés.
17. Système (100) selon la revendication 16, caractérisé en ce que le couple total agissant sur l'arbre (110) d'entraînement de moteur est déterminé d'après un courant de moteur du rhéomètre à moteur et transducteur combinés à une vitesse constante du moteur.
18. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre fixe (140) sensiblement dans la même direction angulaire que celle dans laquelle le cylindre mobile (130) tourne autour de l'axe du cylindre mobile (130).
19. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre fixe (140) dans une direction angulaire sensiblement opposée à celle dans laquelle le cylindre mobile (130) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre mobile (130).
20. Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre mobile (130) et le cylindre fixe (140) sont séparés axialement pendant la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre fixe (140) et pendant la rotation du cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre mobile (130).
21. Système (100) selon la revendication 20, caractérisé en ce que la partie de l'échantillon (150) qui ne touche ni le cylindre mobile (130) ni le cylindre fixe (140) n'est pas sensiblement orthogonale à l'axe du cylindre mobile (130) ni à l'axe du cylindre fixe (140).
22. Procédé (700) pour mesurer les propriétés d'extension d'un échantillon 35 (150), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : monter un cylindre mobile (130) sur un arbre (110) d'entraînement de moteur; placer un cylindre fixe (140) à proximité du cylindre mobile (130), le cylindre mobile (130) et le cylindre fixe (140) étant sensiblement de mêmes dimensions; attacher l'échantillon (150) au cylindre mobile (130) et au cylindre fixe (140) de façon qu'une partie de l'échantillon (150) qui ne touche pas le cylindre mobile (130) et qui ne touche pas le cylindre fixe (140) s'étende d'une tangente du cylindre mobile (130) à une tangente du cylindre fixe (140) ; entraîner en rotation le cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre fixe (140) en faisant tourner l'arbre (110) d'entraînement de moteur à une vitesse de rotation sensiblement constante; entraîner en rotation le cylindre mobile (130) autour de l'axe du cylindre mobile (130) à la vitesse de rotation sensiblement constante; et mesurer sur le cylindre mobile (130) le couple créé par la résistante opposée par l'échantillon (150).
23. Système (800) pour mesurer les propriétés d'extension d'un échantillon (850), comprenant: une armature (820) ; un arbre (810) d'entraînement de moteur fixé à l'armature (820) ; un arbre (880) de transducteur; un cylindre fixe (840) fixé à l'arbre (880) de transducteur; et un cylindre mobile (830), caractérisé en ce que l'échantillon (850) est attaché au cylindre mobile (830) et au -cylindre--fixe-(840) de façon qu'une partie de l'échantillon (850) qui ne touche pas le cylindre mobile (830) et qui ne touche pas le cylindre fixe (840) s'étende d'une tangente du cylindre mobile (830) à une tangente du cylindre fixe (840), le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour d'un axe du cylindre fixe (840) par la rotation de l'arbre (810) d'entraînement de moteur à une vitesse de rotation sensiblement constante, en ce que le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre mobile (830) approximativement à la vitesse de rotation sensiblement constante, l'échantillon (850) oppose une résistance lorsqu'il est étiré entre le cylindre mobile (830) et le cylindre fixe (840) du fait de la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre fixe (840) et de la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre mobile (830), et un couple agissant sur le cylindre fixe (840) créé par la résistance, est transmis à l'arbre (880) de transducteur et est mesuré sur l'arbre (880) de transducteur.
24. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que le cylindre mobile (830) et le cylindre fixe (840) sont sensiblement de mêmes dimensions.
25. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que le cylindre mobile (830) et le cylindre fixe (840) sont à proximité l'un de l'autre.
26. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre fixe (840) en faisant tourner l'arbre d'entraînement (810) de moteur à une vitesse de rotation sensiblement constante.
27. Système (800) selon la revendication 26, caractérisé en ce que le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre mobile (830) approximativement à la vitesse de rotation sensiblement constante.
28. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'axe du cylindre mobile (830) et l'axe du cylindre fixe (840) sont alignés parallèlement.
29. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que la hauteur du cylindre mobile (830) et la hauteur du cylindre fixe (840) sont sensiblement équivalentes.
30. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que la longueur initiale de l'échantillon (850) est au moins égale à la somme du rayon du cylindre mobile (830)-et du rayon du cylindre fixe (840). -
31. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que la longueur de la partie de l'échantillon (850) qui ne touche ni le cylindre mobile (830) ni le cylindre fixe (840) est maintenue sensiblement constante pendant la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre fixe (840) et pendant la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre mobile (830).
32. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que la longueur de l'échantillon (850) attaché au cylindre mobile (830) et au cylindre fixe (840) est sensiblement orthogonale à l'axe du cylindre mobile (830) et à l'axe du cylindre fixe (840).
33. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que la longueur de l'échantillon (850) occupant la circonférence du cylindre mobile (830) et la longueur de l'échantillon (850) occupant la circonférence du cylindre fixe (830) sont sensiblement équivalentes pendant la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre fixe (840) et pendant la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre mobile (830).
34. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un mécanisme d'engrènement (860) accouplant l'arbre (810) d'entraînement de moteur et le cylindre mobile (830) qui entraîne en rotation le cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre mobile (830) lorsque l'arbre (810) d'entraînement de moteur entraîne en rotation le cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre fixe (840).
35. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'arbre (880) de transducteur comprend un arbre de transducteur d'un rhéomètre à moteur et transducteur séparés.
36. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'arbre (810) d'entraînement de moteur est entraîné par un moteur d'un rhéomètre à moteur et transducteur séparés.
37. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre fixe (840) sensiblement dans la même direction angulaire que celle dans laquelle le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre mobile (830).
38. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre fixe (840) sensiblement dans-la-direction angulaire opposée à celle dans laquelle le cylindre mobile (830) est entraîné en rotation autour de l'axe du cylindre mobile (830).
39. Système (800) selon la revendication 23, caractérisé en ce que le cylindre mobile (830) et le cylindre fixe (840) sont séparés axialement pendant la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre fixe (840) et pendant la rotation du cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre mobile (830).
40. Système (800) selon la revendication 39, caractérisé en ce que la partie de l'échantillon (850) qui ne touche ni le cylindre mobile (830) ni le cylindre fixe (840) n'est pas sensiblement orthogonale à l'axe du cylindre mobile (830) ni à l'axe du cylindre fixe (840).
41. Procédé (900) pour mesurer les propriétés d'extension d'un échantillon (850), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : monter un cylindre mobile (830) sur un arbre (810) d'entraînement de moteur; attacher un cylindre fixe (830) à un arbre (880) de transducteur; placer le cylindre fixe (840) à proximité du cylindre mobile (830), le cylindre mobile (830) et le cylindre fixe (840) étant sensiblement de mêmes dimensions; attacher l'échantillon (850) au cylindre mobile (830) et au cylindre fixe (840) de façon qu'une partie de l'échantillon (850) qui ne touche pas le cylindre mobile (830) et qui ne touche pas le cylindre fixe (840) s'étende d'une tangente du cylindre mobile (830) à une tangente du cylindre fixe (840) ; entraîner en rotation le cylindre mobile (830) autour de l'axe du cylindre fixe (840) en faisant tourner l'arbre (810) d'entraînement de moteur à une vitesse de rotation sensiblement constante; entraîner en rotation le cylindre mobile (830) autour de 1' axe du cylindre mobile (830) à la vitesse de rotation sensiblement constante; et mesurer un couple agissant sur l'arbre (880) de transducteur, le couple étant créé par la résistance opposée par l'échantillon (850), et transmis du cylindre fixe (840) à l'arbre (880) de transducteur.
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