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Auteur(s)
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Rudy KOOPMANS : Docteur en sciences - Professeur à l’université de Leeds (Grande-Bretagne) - Chef de recherches à Dow Benelux BV (Pays Bas)
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Les défauts d’extrusion sont des déformations d’extrudat souvent observées pendant l’extrusion à grande vitesse des matériaux thermoplastiques. Diverses formes de déformations d’extrudat peuvent être identifiées. Typiquement une distinction est faite entre les déformations localisées sur la surface et les déformations concernant le volume entier de l’extrudat. Les défauts du premier type sont communément désignés « peau de requin » et ceux du deuxième type sous le vocable « rupture d’extrudat ». Les combinaisons des déformations de surface et de volume se produisent également et sont connues sous le nom de défaut « bouchon » ou « défaut oscillant » (en anglais : « spurt » ou « stick-slip melt fracture »).
Cependant, dans la pratique industrielle, les déformations de surface sont perçues comme le problème le plus important parce qu’elles apparaissent en premier et qu’elles limitent le débit de l’extrusion. L’objet extrudé (film, feuille, tube, câble ou corps creux) n’est plus conforme aux standards de qualité (il présente une perte de transparence optique, de lustre ou d’intégrité mécanique).
Des mesures correctives permettent de différer l’apparition des déformations d’extrudat à des débits d’extrusion plus élevés : diverses solutions sont disponibles mais elles ne sont intéressantes que si elles demeurent économiquement acceptables. Typiquement la température d’extrusion du polymère fondu est augmentée ou le thermoplastique est mélangé avec un polymère semblable de viscosité inférieure ou des additifs sont ajoutés pour faciliter l’écoulement.
Dans cet article, les divers types de défauts d’extrusion seront définis et décrits pour quelques procédés d’extrusion des thermoplastiques. Les causes possibles d’apparition des défauts d’extrusion seront analysées d’un point de vue scientifique. Quelques solutions typiques permettant de différer l’apparition des défauts d’extrusion seront présentées.
Pour plus de détails, le lecteur pourra consulter utilement les articles consacrés à l’extrusion, dans ce traité :
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Conclusion
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4. Prévention des défauts d’extrusion
Les limites actuelles dans la compréhension des défauts d’extrusion n’ont pas empêché de trouver des solutions qui inhibent les déformations d’extrudat. Les approches les plus classiques concernent la modification de l’architecture du polymère, les conditions d’extrusion (le débit, la géométrie de la filière, température d’extrusion) et l’ajout d’additifs (de préférence bon marché).
4.1 Architecture du polymère
La modification de l’architecture du polymère implique de changer la chimie et les conditions de fabrication du polymère. C’est une tâche exaltante pour les compagnies produisant des polymères. Pour une technologie de fabrication de polymère bien définie, ceci peut être difficile à réaliser parce que beaucoup d’aspects techniques et commerciaux doivent être mis en balance.
Pour la chimie de polymère choisie les options architecturales sont :
-
la masse moléculaire ;
-
la distribution de masse moléculaire ;
-
la ramification de la chaîne principale ;
-
et la distribution de ramifications.
Cependant, le paramètre moléculaire unificateur est la masse moléculaire entre enchevêtrement M e . Ceci correspond aux contraintes topologiques des polymères voisins qui gênent le mouvement d’une chaîne spécifique de polymère pendant l’écoulement.
Tous les polymères commerciaux sont polydisperses et caractérisés par une masse moléculaire moyenne en nombre M n et une masse moléculaire en poids M w . Leur rapport définit le degré de dispersion c’est-à-dire la largeur de la distribution de masse moléculaire.
En combinaison avec la masse moléculaire entre enchevêtrement M e le critère pour le déclenchement des défauts d’extrusion peut être relié à la densité d’enchevêtrements (M w /M e ) (figure 19). Qualitativement, cela signifie que des polymères avec des densités d’enchevêtrement inférieures peuvent être traités à des débits plus élevés. Ceci peut être réalisé en abaissant M w et en élargissant la distribution de masse moléculaire...
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Prévention des défauts d’extrusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CARROT (C.), GUILLET (J.) - Viscoélasticité linéaire des polymères fondus. - [AM 3 620] Traité Plastiques et Composites (1999).
-
(2) - CARROT (C.), GUILLET (J.) - Viscoélasticité non linéaire des polymères fondus. - [AM 3 630] Traité Plastiques et Composites (2000).
-
(3) - BERZIN (F.), HU (G.-H.) - Procédés d'extrusion réactive. - [AM 3 654] Traité Plastiques et Composites (2004).
-
(4) - NIVON (M.), SANLIAS (G.) - Sécurité dans les techniques d'extrusion. - [AM 3 658] Traité Plastiques et Composites (1998).
-
(5) - VERGNES (B.), PUISSANT (S.) - Extrusion – Extrusion monovis (partie 1). - [AM 3 650] Traité Plastiques et Composites (2002).
-
(6) - VERGNES (B.), PUISSANT (S.) - Extrusion...
ANNEXES
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1 Références bibliographiques
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2 Outils
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3 Événements
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4 Annuaire
- 4.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive) 4.1.1 Extrudeuses monovis
- 4.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
- 4.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
- 4.4 Laboratoires – Bureau d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
4.1.2 Extrudeuses corotatives
4.1.3 Extrudeuses contrarotatives interpénétrées
4.1.4 Extrudeuses contrarotatives non interpénétrées
TORDELLA (J.P.) - Unstable flow of molten polymers. - Academic Press, New York, no 5, p. 57-92 (1969).
COGSWELL (F.N.) - Stretching flow instabilities at the exits of extrusion dies. - J. Non-Newt. Fluid Mech., 2(1), p. 37-47 (1977).
BENBOW (J.J.), LAMB (P.) - New aspects of melt fracture. - Annual Tech. Conf. – SPE, janv. 1963.
RAMAMURTHY (A.V.) - Eliminating surface melt fracture when extruding ethylene polymers. - Brevet sud-africain ZA 8404926 A (1985).
KURTZ (S.J.) - Visualization of exit fracture in the sharkskin process. - Polym. Proc. Soc., Akron Ohio, 10, p. 9, avr. 1994.
NAKAMURA (K.),...
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