Coextrusion des polymères : instabilités d’interface

L'extrusion est le procédé de mise en forme des thermoplastiques le plus utilisé. Ses applications couvrent un large domaine allant de la fabrication de films à la réalisation de profilés. Lorsque l'on extrude simultanément dans une même filière plusieurs fluides à partir de plusieurs extrudeuses, on parle de coextrusion : on réalise un écoulement multimatière et le produit obtenu en sortie de filière est dit multicouche.

L'intérêt d'un tel procédé est qu'il permet de conférer au produit les propriétés spécifiques de chacune des couches qui le composent. Associer ainsi les qualités des différents polymères permet de réaliser un gain de matière important (donc réduire le coût et/ou le poids) par rapport au produit monocouche présentant les mêmes caractéristiques.

On observe en général trois types de défauts sur le produit solidifié :

• une mauvaise adhésion entre les couches ;

• une mauvaise répartition des produits dans le sens transverse à l’écoulement due au contournement d'un produit par un autre (phénomène d'enrobage) ;

• une irrégularité de l'interface, qui présente un aspect allant de l'oscillant au chaotique.

La variation d'épaisseur des différentes couches altère les propriétés esthétiques ou optiques du produit. Si l'une des interfaces disparaît localement, le produit peut aussi perdre ses propriétés barrières et devenir inutilisable.

Ces irrégularités sont la conséquence d'instabilités d’interface qui se développent dans la partie finale de la filière, où les différents polymères fondus s’écoulent ensemble sous forme stratifiée.

Ce dossier propose de décrire la nature convective de l’instabilité d’interface en coextrusion, l’écoulement stratifié transportant et amplifiant (ou atténuant, dans les cas stables) des perturbations intrinsèques au procédé qui apparaîtront comme plus ou moins visibles en sortie de filière.

Une modélisation de ce type de défaut est ensuite proposée, montrant le rôle déterminant du comportement viscoélastique des matériaux coextrudés. L’accent est mis sur l’analyse de stabilité linéaire du cas bicouche plan isotherme de polymères immiscibles, puis des extensions à des cas plus complexes sont proposées.