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EnglishRÉSUMÉ
Le procédé d’extrusion de film à plat de polymère ou « cast film » est un procédé industriel complexe, principalement utilisé dans le domaine de l’emballage (alimentaire, produits techniques), permettant de fabriquer des films sophistiqués d’épaisseur de quelques dizaines de micromètres. Ce procédé permet même de combiner plusieurs matériaux polymères en films multicouches. Le procédé d’extrusion du film monocouche, quant à lui, aboutit à d’excellentes propriétés optiques et dimensionnelles, avec des grandes vitesses de production.
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David SILAGY : Ingénieur Arts & Métiers, Docteur en Sciences et Génie des Matériaux de l’École Nationale Supérieure des Mines de Paris Chef du Service des Technologies de Transformation des Thermoplastiques d’ARKEMA, CERDATO
INTRODUCTION
Le procédé d’extrusion de film à plat de polymère, couramment dénommé « cast film » ou « film casting » est avec le soufflage de gaine, l’un des procédés permettant de fabriquer des films (d’épaisseur variant de 10 à 300 µm). On préférera l’extrusion de film à plat dans le cas où le polymère est peu visqueux et se prête mal à des opérations de soufflage de gaine (cas des polyamides), dans le cas où le produit doit être couché sur un substrat (polyéthylène basse densité ou haute densité, polypropylène, polyéthylène téréphtalate), dans le cas où le film est destiné à être biétiré (cas du polypropylène ou polyéthylène téréphtalate). Au cours des dernières années, les exigences du marché du film ont conduit à des développements intensifs dans la technologie d’extrusion de film à plat, ce qui débouche sur un procédé de production mature pour la fabrication de films de haute précision dimensionnelle à partir d’un très large panel de matériaux polymères.
Les films produits par extrusion à plat sont principalement utilisés dans le marché de l’emballage. Il peut s’agir d’emballage alimentaire ou d’emballage de produits techniques, marchés qui tous les deux conduisent au développement de films sophistiqués, à très haute technicité, soit par le nombre de matériaux associés, soit par les épaisseurs relatives des couches obtenues. Ainsi, la coextrusion est une technique de plus en plus rencontrée dans le procédé d’extrusion de film à plat, avec des systèmes allant de façon exceptionnelle jusqu’à 11 couches, mais restant généralement limités à 5 couches.
Cet article se limite essentiellement au procédé d’extrusion du film monocouche. Le procédé d’extrusion de film plat est réputé pour permettre d’obtenir d’excellentes propriétés optiques et dimensionnelles. Le refroidissement par le biais d’un rouleau thermostaté permet d’atteindre de grandes vitesses de production (plusieurs centaines de mètres par minute) et influence significativement les morphologies obtenues dans le film.
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8. Conclusions et perspectives
Le procédé d’extrusion de film à plat de polymère (ou cast film en anglais) est un procédé industriel complexe, tant d’un point de vue technologique que scientifique, qui permet d’obtenir des films de polymère de quelques dizaines de micromètres. Le caractère élongationnel de l’écoulement associé au comportement viscoélastique des polymères fondus nécessite de maîtriser des phénomènes particuliers à ce procédé, tels que la réduction de la largeur, la diminution inhomogène de la section du polymère ou les limites d’étirabilité telles que la Draw Resonance ou la rupture de film.
Les progrès accomplis dans la compréhension du procédé depuis ces 10 dernières années permet de rencontrer aujourd’hui des lignes d’extrusion à plat permettant de réaliser à une vitesse de 600 m/min (contre 300 m/min il y a 10 ans) des films de 20 µm ayant une tolérance d’épaisseur de +/– 1 µm sur une largeur d’environ 2 m.
La modélisation du procédé d’extrusion de film à plat a contribué à l’amélioration de cette compréhension, avec le développement de modèles 2D, prenant en compte le caractère viscoélastique du polymère fondu et une description fine des échanges thermiques qui se produisent entre le polymère, l’air et le rouleau thermostaté. Cette approche théorique du procédé mériterait d’être enrichie à plusieurs niveaux :
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dans la description viscoélastique du polymère qui est aujourd’hui réduite à son seul temps de relaxation caractéristique, aussi bien pour des raisons de simplicité du modèle que de simplicité de caractérisation du polymère fondu ;
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dans la prise en compte des étapes avales du procédé, telles que le couchage du polymère fondu sur un substrat métallique ou polymérique, et ce, dans le but de déterminer l’influence de cette étape du procédé sur l’adhésion à l’interface ;
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l’extrapolation de cette modélisation à la situation de plus en plus fréquente de la coextrusion de polymères.
La prédiction de la limite d’étirabilité d’un film coextrudé avec des polymères de niveaux de viscoélasticité significativement différents,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - SAKAKI (S.), KAJIWARA (T.), FUNATSU (K.) - Three Dimensional Flow Simulation of a Film Casting Process dans Polymer Engineering...
1 Constructeurs de machines (liste non exhaustive)
Axon Plastics Machinery AB
Battenfeld Gloucester Europe Ltd
Berstorff GmbH
Black Clawson Converting Machinery LLC
Brückner Maschinenbau GmbH
Collin Dr, GmbH
Davis Standard France
Dolci Extrusion SpA
Ghioldi SpA
Kuhne, GmbH
Macchi SpA
Macro Engineering and Technology Inc
Marshall and Williams Company – Plastics Machinery Division
Primplast SRL
Reifenhäuser GmbH
SML Extrusion Technology
Wayne Machine & Die Company
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SOLLOGOUB (C.) - Étude du procédé d’extrusion couchage de films polymères sur tôle d’acier. - École nationale supérieure des mines (2003).
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