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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

Modélisation de l’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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6. Modélisation de l’étape d’étirage

Le procédé cast film fait l’objet depuis 1966 du développement de modèles de complexité croissante destinés à prédire la géométrie du film (largeur et distribution d’épaisseur) et l’apparition de limites d’étirabilité en fonction des paramètres de transformations utilisés dans le procédé. La figure 22 illustre l’ensemble des paramètres qui entrent en jeu au cours de l’étape d’étirage. On peut constater que ces paramètres sont nombreux et ne sont pas toujours accessibles à l’opérateur sur la machine.

6.1 Enjeux de la modélisation

Toute approche scientifique d’un procédé de mise en forme fait intervenir plusieurs catégories d’hypothèses et l’extrusion de film à plat nécessite de décrire de façon précise trois d’entre elles :

  • la cinématique de l’écoulement ;

  • la rhéologie du polymère fondu ;

  • la description des phénomènes thermiques.

Nous allons voir que les auteurs vont plus ou moins enrichir ces trois familles d’hypothèse, au cours de l’histoire. En effet, l’écoulement du polymère fondu dans ce procédé est complexe à décrire.

• L’observation de la géométrie du film au cours de l’étirage met en évidence les phénomènes de neck-in NI et une diminution de l’épaisseur qui s’effectue de façon inhomogène e (xy ). Une cinématique 2D (dans laquelle les paramètres dépendent de 2 variables) paraît incontournable.

• L’écoulement est élongationnel et le caractère élastique du polymère fondu joue un rôle prépondérant lors de l’étirage. Ce dernier sera donc mieux décrit en supposant que le comportement du polymère est viscoélastique, plutôt que newtonien ou pseudo-plastique.

• Le polymère s’écoule de la sortie de la filière (à une température généralement comprise entre 200 et 300 oC) dans l’air à 20 oC,...

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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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