Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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Jean-François AGASSANT : Ingénieur civil des Mines. Docteur ès sciences - Professeur à l’École nationale supérieure des mines de Paris - Directeur-adjoint du CEMEF (Centre de mise en forme des matériaux) - Directeur UMR-CNRS/École des mines de Paris n 7635
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Robert HINAULT : Ingénieur ENSCR (École nationale supérieure de chimie de Rennes) - Directeur technique de la société Taraflex
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le calandrage est un procédé de fabrication de feuilles (> 100 µm) ou de films (< 100 µm) en polymères par écrasement de la masse plastique fondue entre plusieurs cylindres chauffés et entraînés mécaniquement. Cette technologie est très ancienne, un brevet US (n 16) de 1836 revendique le calandrage du caoutchouc. Le calandrage s’est développé conjointement avec le PVC [poly(chlorure de vinyle)] à partir des années 1940. Aujourd’hui encore le PVC reste le polymère le plus transformé par calandrage bien que d’autres polymères puissent être calandrés : les élastomères, les alliages d’élastomères (par exemple : Santoprène, Alcryn), le polyéthylène chloré, le polyéthylène chlorosulfoné (par exemple : Hypalon) ; et certains polymères polyoléfiniques [polyéthylènes basse densité (PEBD), copolymères éthylènepropylène, éthylène vinylacrylate (EVA), polypropylène (PP) …].
Comparativement aux procédés d’extrusion-soufflage et d’extrusion à travers une filière plate, qui permettent également de produire des films et des feuilles de matières thermoplastiques, le calandrage se différencie par :
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un niveau d’investissement beaucoup plus important, typiquement d’un facteur 20 ;
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des débits très élevés : de 2 t/h à 6 t/h selon que l’on transforme du PVC rigide ou du PVC plastifié chargé. Ces chiffres sont 3 à 4 fois plus élevés que ceux obtenus par extrusion filière plate et 2 à 3 fois plus élevés que par extrusion-soufflage ;
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des largeurs importantes : 4 000 mm sans étirage pour les feuilles, ou avec étirage pour les films. Ces largeurs sont comparables à celles obtenues par extrusion soufflage ;
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une très bonne qualité des films et feuilles, c’est-à-dire : planéité, profil, fini de surface, stabilité dimensionnelle ;
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une gamme d’épaisseur plus restreinte (50 µm pour le PVC rigide à 1,3 mm pour le PVC plastifié chargé) qu’en extrusion (10 µm en extrusion-soufflage ou extrusion filière plate plus étirage à 2 mm pour l’extrusion avec filière plate).
On peut donc dire que calandrage et extrusion se complètent : le calandrage est bien adapté aux productions de grandes séries où l’on recherche à la fois qualité et débit ; l’extrusion, qui peut être facilement dimensionnée à la taille des séries, est surtout recherchée pour sa polyvalence (pratiquement tous les polymères thermoplastiques peuvent s’extruder).
En Europe de l’Ouest, la consommation annuelle de PVC est d’environ six millions de tonnes (d’après l’European Council of Vinyl Manufacturers : 1997). Le calandrage représente environ 18 % de la totalité des procédés de transformation du PVC, les principaux marchés des produits calandrés étant l’emballage rigide (films thermoformés), les revêtements de sols et de toitures, les films pour la maroquinerie, l’automobile, les revêtements textiles…
Dans ce qui suit nous évoquerons uniquement le calandrage du PVC.
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Modélisation et contrôle du procédé
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4. Modélisation du procédé
Le lecteur pourra se reporter à la référence [3] (cf. Doc. AM 3 663).
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Ce qu’on peut attendre de la modélisation
C’est un outil de dimensionnement de la calandre : puissance d’entraînement des moteurs des cylindres, rigidité du bâti et des cylindres. C’est surtout un outil de prévision des défauts de calandrage : profil de la feuille, conditions d’apparition des défauts et donc a priori calcul des conditions de travail pour y remédier.
La modélisation requiert :
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une bonne description géométrique ce qui est assez simple en calandrage, comparativement à d’autres procédés de mise en forme des polymères (extrusion-injection). Nous verrons cependant plus loin qu’il peut être utile d’approximer les cylindres par une parabole pour obtenir une résolution analytique ;
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une approximation cinématique raisonnable : nous introduirons dans la suite les approximations de la lubrification hydrodynamique qui permettent de transformer un problème bidimensionnel (dans le plan de symétrie de la calandre) en un problème à une dimension. Le problème des conditions aux limites à la paroi du cylindre (glissement ou non) reste posé ;
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une approximation de la loi de comportement : c’est un des points clefs de toute modélisation d’écoulement des polymères fondus ;
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une approximation en matière de champ de forces : comme dans la plupart des procédés de mise en forme des polymères nous pouvons négliger les forces de masse et d’inertie devant les forces de viscosité.
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Modélisation et rhéologie
Le PVC a un comportement fortement pseudoplastique. La variation de la viscosité en fonction de la température est singulière ; elle n’obéit pas au principe de superposition temps-température. Par ailleurs, la rhéologie du PVC dépend du passé thermomécanique, mais ce phénomène est difficile à prendre en compte car il intègre toute l’histoire imposée au PVC lors du processus de gélification et lors de l’écoulement entre les premiers cylindres de la calandre (figure 6).
Le...
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Modélisation du procédé
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VILLEMAIRE (J.P.), AGASSANT (J.F.) - Influence of shear and thermal history on melt rheology of PVC. - In « Interrelation between Processing, Structure and Properties of Polymeric Materials », edited by SEFERIS (J.C.), THEOCARIS (P.S.), Elsevier (1984).
-
(2) - GONNU (P.) - Influence des stabilisants thermiques sur le comportement rhéologique du PVC. - Mémoire CNAM (1984).
-
(3) - AGASSANT (J.-F.), AVENAS (P.), SERGENT (J.Ph.), VERGNES (B.), VINCENT (M.) - La mise en forme des matières plastiques. - Technique et Documentation (1996).
-
(4) - UNKRUER (W.) - * - Kunststoffe, 62, p. 7 (1972).
-
(5) - AGASSANT (J.-F.), ESPY (M.) - * - Polym. Eng. Sci., 25, p. 118 (1985).
-
(6) - AGASSANT (J.-F.), AVENAS (P.) - * - J. Macromol. Sci. Phys., B14, p. 345 (1977).
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ANNEXES
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1 À lire également dans nos bases
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2 Normes et standards
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3 Annuaire
- 3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive) 3.1.1 Calandres
- 3.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
- 3.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
- 3.4 Laboratoires – Bureau d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
3.1.2 Gélifieurs
3.1.3 Mélangeurs
3.1.4 Contrôle du bourrelet d'alimentation
1 À lire également dans nos bases
AUSSEUR (D.) - Poly(chlorure de vinyle). - [AM 3 325_04_1999] Archives matériaux (1999).
HRUSKA (V.), GUESNET (P.), SALIN (C.), COUCHOUD (J.-J.) - Poly(chlorure de vinyle). - [AM 3 325] Traité Plastiques et Composites (2007).
VERGNES (B.), CHAPET (M.) - Extrusion – Procédés d'extrusion bivis. - [AM 3 653] Traité Plastiques et Composites (2001).
DUVAL (C.) - Polypropylènes (PP). - [AM 3 320] Traité Plastiques et Composites (2004).
LEVRESSE (B.) - Polyéthylène basse densité. - [J 6 539] Traité Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique (1993).
NIVON (M.) - Sécurité dans la transformation des plastiques. - [AM 3 748] Traité Plastiques...
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