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Article

1 - EXTRUSION DES POLYMÈRES VUE DU PROCÉDÉ FILM À PLAT

2 - FILIÈRES PLATES

3 - SYSTÈMES DE COEXTRUSION

4 - ÉTAPE D’ÉTIRAGE

5 - LIMITES DU PROCÉDÉ D’EXTRUSION DE FILM À PLAT

6 - MODÉLISATION DE L’ÉTAPE D’ÉTIRAGE

7 - EXPLOITATION DE LA MODÉLISATION

8 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : AM3707 v1

Étape d’étirage
Extrusion de film à plat : cast film

Auteur(s) : David SILAGY

Date de publication : 10 oct. 2005

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RÉSUMÉ

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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Auteur(s)

  • 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3707


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4. Étape d’étirage

4.1 Rouleau thermostaté

Les dimensions du rouleau thermostaté doivent être déterminées en fonction du débit global de la ligne de production afin de garantir un refroidissement homogène du film. Les paramètres de conception dépendent du polymère extrudé, des dimensions du film et de la gamme de vitesse de la machine. Le film extrudé est refroidi sur le rouleau thermostaté qui peut avoir un diamètre compris entre 400 et 1 200 mm, en fonction de la taille de la ligne. La structure interne du rouleau est conçue pour obtenir la capacité de refroidissement recherchée avec une stabilité thermique maximale. L’état de surface du rouleau (qui est choisi dans une certaine mesure en fonction de la nature du polymère transformé) est généralement fortement poli (on rencontre typiquement des rugosités inférieures à 0,3 µm), mais pour des vitesses de ligne élevées une matification de la surface est apportée dans le but de diminuer la surface de contact métal/polymère et donc les risques de collage sur le rouleau.

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4.2 Systèmes de plaquage sur rouleau thermostaté

Dans le but d’obtenir un bon contact entre le film et la surface du rouleau thermostaté, il est courant de rencontrer des dispositifs additionnels destinés à faciliter ce contact. On peut citer en particulier les dispositifs suivants :

  • les lames d’air (air knife, en anglais) ;

  • les boîtes à vide (vacuum box, en anglais) ;

  • les systèmes de maintien des bords (edge pinning device, en anglais).

Le film est souvent vertical, mais certaines configurations pour lesquelles le rouleau est avancé par rapport à la filière peuvent conduire à une courbure du film. La figure 8 illustre une vue de côté de la partie étirage d’une ligne de cast film. On y remarquera en particulier le rouleau thermostaté, la filière plate, un système de maintien des bords du film, une lame d’air et une boîte à vide.

Le principe de la lame d’air consiste en un tuyau, alimenté par de l’air de part et d’autre de ses extrémités et présentant une fente longitudinale dont l’entrefer est extrêmement précis. Ce dernier peut généralement...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HENSEN (F.) -   Plastics Extrusion Technology.  -  Hanser Publishers (1988).

  • (2) - BEZIGIAN (T.) -   Extrusion Coating Manual.  -  4o Édition, TAPPI Press (1998).

  • (3) - JAY (F.) -   Étude de la cristallisation de polypropylènes en écoulement – Application à la modélisation du procédé d’extrusion de film à plat – Propriétés mécaniques résultantes.  -  Thèse de Doctorat, ENSMP (1996).

  • (4) - HOHMANN (H.) -   Bahnspannungsmessung (Web Tension Measurement).  -  Plastverarbeiter 32, pp. 989-992 (1981).

  • (5) -   Films et feuilles à base de polymères pour l’industrie  -  – Norme Française FD T 54-1993.

  • (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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2 Thèses

* - http://www.sudoc.abes.fr

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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