Nous n’avons pas jugé utile de comparer les proportions des sous-populations du mélange dans les deux broyeurs car celles-ci sont constituées de différentes familles, de sorte qu’une telle comparaison n’aurait pas de réelle signification.
3.3. Synthèse des résultats obtenus avec le granulomètre laser.
L’analyse des cinétiques de broyage peut être effectuée en déconvoluant les distributions granulométriques obtenues pour chaque échantillon en différentes sous- populations de particules. Le suivi de l’évolution du mode et de la fraction volumique de chaque sous-population au cours du temps permet d’identifier les phénomènes qui interviennent au cours du broyage. Cette méthodologie a été appliquée aux cas des produits broyés séparément et aux mélanges co-broyés dans les deux types de broyeurs.
La comparaison de ces cinétiques obtenues dans les deux broyeurs montre que ceux-ci possèdent les mêmes mécanismes de broyage, à la différence près que l’énergie dépensée par le broyeur à billes agité permet d’obtenir des particules très fines, alors que des agglomérats de particules de grande taille sont produits dans le broyeur à boulets.
Chapitre 3 : Matériaux composites à matrice polymère et charge minérale. Mécanismes de fragmentation et cinétiques.
Les mécanismes identifiés dans les deux broyeurs présentent les mêmes évolutions. Quand le broyage débute, les modes des différentes sous-populations restent quasi constant au cours du temps. Puis de nouvelles sous-populations sont créées, soit par fragmentation des particules contenues dans les plus grosses sous-populations soit par agglomération des particules entre elles. Dans le cas de la fragmentation, des sous-populations de particules apparaîtront vers les plus petites tailles ou vers les tailles intermédiaires, et inversement dans le cas de l’agglomération. Toutefois, si dans le cas du broyage d’un constituant unique, il est aisé de connaître la composition des différentes sous-populations (les plus grandes populations seront composées d’agglomérats, alors que les plus petites seront constituées de fragments et les populations de tailles intermédiaires seront constituées d’un mélange fragments, agglomérats et particules intactes), il n’en n’est pas de même dans le cas du co- broyage. Effectivement, des sous-populations peuvent contenir des agglomérats de fragments de carbonate de calcium ou de PAV et / ou des fragments de PAV sur lesquels sont collés des fragments de CaCO3 agglomérés entre eux. Ceci présente un inconvénient majeur car la
mesure au granulomètre laser ne permet pas de connaître la nature et la proportion des différents types de particules au sein des sous-populations présentes dans l’échantillon. Ainsi, l’étude des cinétiques du mélange basée sur la seule analyse des distributions de taille obtenues à l’aide du granulomètre laser présente des limitations dues au chevauchement des populations de particules des constituants. L’étude des cinétiques à l’aide du granulomètre laser permet d’effectuer une analyse globale des échantillons, mais sans distinguer la nature des particules dans une sous-population donnée.
L’utilisation du granulomètre laser seul n’est pas envisageable dans le cas du co- broyage. Il faut donc définir et développer une nouvelle technique d’analyse des mélanges de particules de façon à identifier la nature et la composition de chaque sous-population de particules.
4. Etude des mécanismes et des cinétiques de broyage
basée sur l’analyse morphologique des particules.
A chaque temps de broyage, le mélange est constitué de différentes sous-populations de particules, chacune pouvant être composée de différentes familles de particules. Pour
Chapitre 3 : Matériaux composites à matrice polymère et charge minérale. Mécanismes de fragmentation et cinétiques.
identifier la famille d’appartenance des différentes particules présentes dans les échantillons, nous avons envisagé de nous appuyer sur une analyse morphologique des particules. En effet, Molina-Boisseau et coll.
(2002)
ont étudié l’évolution de différents paramètres morphologiques des particules de poly (acétate de vinyle) au cours de leur broyage dans un broyeur vibrant à billes. Pour cela, des échantillons de polymère ont été broyés durant différents temps. Chaque échantillon a ensuite été analysé au microscope électronique à balayage et un grand nombre de photos ont été acquises sur chacun d’eux. Chaque photo a été traitée à l’aide d’un logiciel de traitement d’image et les particules caractérisées au moyen de leurs paramètres descripteurs morphologiques (circularité, convexité, élongation, élongation de Férèt, etc…).Au cours du broyage, les valeurs des différents paramètres descripteurs testés évoluent et il est possible de distinguer les différents stades de fragmentation des particules. C’est ce type de méthodologie que nous avons souhaité utiliser pour identifier les différents constituants dans le mélange particulaire.
D’après l’évolution de la morphologie étudiée dans la première partie de ce chapitre, nous avons distingué quatre familles de particules dans le mélange :
- les particules de poly (acétate de vinyle) intactes, fissurées ou fragmentées (Figure 3. 48a et b),
- les particules de carbonate de calcium : particules entières ou fragmentées (Figure 3. 48 c et d),
- les particules de PAV sur lesquelles sont agglomérés des fragments de carbonate de calcium (Figure 3. 48 e) (cette famille de particule sera nommée par la suite Agglomérats 1),
- les particules de type Agglomérats 1 qui s’agglomèrent entre elles (Figure 3. 48 f) (appelées Agglomérats 2).
Pour chaque échantillon, un grand nombre d’images MEB ont été prises et traitées par le logiciel de traitement d’images. L’existence d’un paramètre descripteur morphologique permettra d’identifier chaque particule au sein du mélange. Après avoir classé ces particules suivant leur famille d’appartenance, les distributions de taille globales et relatives à chaque famille pourront être établies. En utilisant le logiciel ORIGIN pour déconvoluer ces
Chapitre 3 : Matériaux composites à matrice polymère et charge minérale. Mécanismes de fragmentation et cinétiques.
distributions de taille, il sera aisé de connaître la composition de chaque sous-population de particules à chaque instant dans le mélange.