Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
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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2. Filières plates
Le polymère fondu s’écoule à travers une filière plate, dont la section finale est rectangulaire. L’un des objectifs de cet outil est d’obtenir une régularité de température et d’épaisseur transversale (c’est-à-dire perpendiculaire à la direction de l’écoulement) aussi bonne que possible. L’entrefer (c’est-à-dire la section rectangulaire à travers laquelle s’écoule le polymère fondu) des filières utilisées en cast film peut être réglé de façon manuelle ou automatique. L’uniformité de la distribution de l’écoulement est liée à la conception du canal (appelé couramment manifold ) et une lèvre flexible est utilisée pour l’ajustement final de l’épaisseur de polymère fondu. Dans certaines applications, une barre d’étranglement est utilisée pour ajuster la régularité de l’écoulement.
2.1 Quelques règles de conception
La filière a pour vocation de transformer un écoulement de polymère d’une géométrie circulaire vers une géométrie rectangulaire. Cette distribution est effectuée par un canal appelé manifold, suivi d’une zone résistant à l’écoulement, appelée land. Comme l’illustre la figure 2, le polymère fondu pénètre au centre de la filière puis est reparti de façon régulière et symétrique de chaque côté de la filière. Afin d’obtenir un écoulement de polymère le plus régulier possible le long de la largeur de la filière, la géométrie du canal d’écoulement doit être conçue en prenant en compte d’une part les propriétés rhéologiques et thermiques du polymère, et d’autre part les conditions opératoires. Ce processus de conception est décrit dans l’article [39] du présent traité.
HAUT DE PAGE2.2 Types de filières plates
Ces règles de conceptions aboutissent à la définition d’une géométrie particulière du canal d’écoulement. Il existe plusieurs types de géométries, les plus importantes étant représentées figure ...
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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...
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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