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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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1. Extrusion des polymères vue du procédé film à plat
1.1 Description du procédé
L’extrusion de film à plat consiste à extruder un polymère à l’état fondu à travers une filière plate, à l’étirer dans l’air sur une courte distance et à le refroidir de façon rapide sur un rouleau thermostaté. Le film obtenu est ensuite stabilisé au contact de rouleaux successifs puis enroulé, après en avoir préalablement découpé les bords. En fonction de l’épaisseur du film et de l’application, il est important de distinguer les films fins (10 à 50 µm), les films épais (100 à 300 µm) et les feuilles destinées au thermoformage (200 à 2 500 µm). Les deux premières catégories de film sont effectivement obtenues par étirage de la matière à l’état fondu, comme nous l’avons décrit. Les feuilles destinées au thermoformage sont obtenues par un procédé qui s’apparente au calandrage de feuille. Dans ce dernier cas, les dimensions sont atteintes par l’entrefer de la calandre et l’étirage y est limité.
Tous ces types de film à plat sont soit enroulés après découpe, soit engagés directement vers une autre étape de conversion comme la mono ou biorientation ou le thermoformage.
Le schéma de principe d’une ligne d’extrusion de film à plat est illustré figure 1.
En associant plusieurs extrudeuses, il est possible de coextruder des films multicouches et ainsi de combiner plusieurs types de matériaux polymères, généralement choisis en raison de leurs propriétés complémentaires.
En comparaison du procédé de soufflage de gaine, les films obtenus en technologie cast offrent une meilleure tolérance d’épaisseur. Il est également connu dans la profession que le procédé de cast film, toujours lorsqu’on le compare au soufflage de gaine, permet d’obtenir une meilleure transparence, un meilleur brillant et une meilleure rigidité, alors que le soufflage de gaine offre un meilleur compromis de propriété mécanique dans le sens transverse et le sens longitudinal. Cette différence avec le soufflage de gaine est surtout avérée pour le PE mais ne se transfère pas systématiquement au cas d’autres polymères semi-cristallins, comme le PA ou le PVDF.
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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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