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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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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.
HAUT DE PAGE4.2 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 :
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les lames d’air (air knife, en anglais) ;
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les boîtes à vide (vacuum box, en anglais) ;
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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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Étape d’étirage
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - BEZIGIAN (T.) - Extrusion Coating Manual. - 4o Édition, TAPPI Press (1998).
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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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