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RÉSUMÉ
Dans le domaine du mélange en continu, l’extrusion bivis est parfois concurrencée par l’utilisation de co-malaxeurs, qui sont des extrudeuses monovis dotées d’une cinématique et d’une géométrie très particulières. Dans cet article, la configuration d’un co-malaxeur sera présentée en détail. Son mode de fonctionnement (cinématique de la vis, rôle des doigts de malaxage, mode d’écoulement, etc.) sera ensuite explicité. L’influence des paramètres opératoires sur la température, le taux de remplissage et les temps de séjour sera alors décrite, avant d’introduire quelques aspects concernant la modélisation des écoulements dans ces extrudeuses particulières.
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In the field of continuous mixing, twin-screw extrusion sometimes faces competition from the use of co-kneaders, which are single-screw extruders but with very special kinematics and geometry. In this article, the configuration of a co-kneader will be first presented in details, explaining its operating mode (kinematics of the screw, role of the mixing pins, flow conditions, etc.). The influence of the processing parameters on temperature, filling ratio and residence time will then be discussed, before introducing some aspects concerning the modeling of flow in these particular extruders.
Auteur(s)
-
Lucas SARDO : Docteur en Mécanique numérique et Matériaux de PSL Research University - Sciences Computers Consultants, Sophia-Antipolis, France
-
Bruno VERGNES : Conseiller scientifique - CEMEF, MINES ParisTech, Sophia-Antipolis, France
INTRODUCTION
Chaque jour, de nouveaux matériaux polymères sont créés pour répondre à des besoins de plus en plus spécifiques, tels que des matériaux allégés, plus résistants, ignifuges, antistatiques et qui respectent les nouvelles normes environnementales. Ces matériaux complexes nécessitent des outils de mélange efficaces, permettant une fabrication contrôlée et compétitive. Parmi les procédés de mélange en continu, les extrudeuses bivis sont très utilisées, mais les co-malaxeurs tiennent aussi une place importante. Un co-malaxeur est une extrudeuse monovis modulaire, animée d’un double mouvement de rotation et d’oscillation d’avant en arrière. Les filets de la vis sont interrompus de place en place et des doigts de malaxage sont fixés sur le fourreau. La cinématique mise en jeu permet à ces doigts de balayer les chenaux de vis en passant à travers les interruptions de filets, ce qui provoque un mélange très efficace, tout en ayant des taux de cisaillement en moyenne relativement faibles, induisant peu d’échauffement. Les co-malaxeurs sont donc généralement utilisés dans le cas de polymères thermosensibles, comme le PVC, ou lorsque des taux de charge importants sont nécessaires.
Dans cet article, nous allons d’abord présenter en détail la configuration d’un co-malaxeur, en explicitant son mode de fonctionnement, très différent de celui d’une extrudeuse monovis classique. On s’intéressera à la cinématique de la vis, au rôle des doigts de malaxage, aux modes d’écoulement, etc. L’influence des paramètres opératoires sera ensuite abordée, avant d’introduire quelques aspects concernant la modélisation des écoulements dans ces extrudeuses particulières.
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KEYWORDS
extrusion | mixing | single-screw extruders | flow modeling
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Influence des paramètres opératoires
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2. Géométrie et mode de fonctionnement
Comme on l’a dit précédemment, le co-malaxeur, comme les extrudeuses bivis, a une structure modulaire, constituée d’éléments placés les uns à la suite des autres sur un arbre cannelé. Les fourreaux sont chemisés et constitués de deux demi-coquilles. Ils peuvent s’ouvrir aisément pour avoir accès à la vis et changer les chemises. Les chemises ont des perforations pour permettre leur fixation sur le fourreau (via des doigts de malaxage « plats ») et l’installation des doigts de malaxage qui vont favoriser le mélange. Elles peuvent être aisément changées quand leur usure devient importante ou lorsque l’on souhaite ajouter ou supprimer une bague de restriction (cf. § 2.1.3).
2.1 Description fonctionnelle et géométrique des éléments constitutifs
Ces éléments sont de deux types principaux : transport et mélange.
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Les éléments de transport sont nommés EZ (Einzugelemente en allemand). Ils sont composés d’un seul filet, avec une interruption (figure 4). Leur rôle est essentiellement de convoyer le matériau le long du co-malaxeur. La figure 4 b montre une vue déroulée de cet élément, après mise à plat de la géométrie. Elle permet de mieux visualiser le chenal d’écoulement et la position des doigts fixés sur le fourreau. Les cercles représentent les positions potentielles des doigts de malaxage, les cercles noirs étant celles qui sont réellement utilisées. Pour les positions non utilisées (cercles blancs), les doigts sont remplacés par des bouchons (cf. § 2.1.4). Pour cet élément, il y a deux rangées de doigts utilisables, avec une position possible du doigt par rangée.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MONCHATRE (B.) - Contribution à l’étude expérimentale d’un outil de mélange de type co-malaxeur : application aux polymères. - Thèse de doctorat, Université Jean Monnet, Saint-Étienne (2015).
-
(2) - BRITO BAZAN (M.M.) - Mixing Studies in a Co-Kneader. - Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal (2011).
-
(3) - SARDO (L.) - Modélisation et simulation numérique de la thermomécanique des écoulements dans les co-malaxeurs. - Thèse de doctorat, Université de recherche Paris Sciences et Lettres (2016).
-
(4) - LYU (M.-Y.), WHITE (J.L.) - * - . – Polym. Eng. Sci., 38, p. 1366 (1998).
-
(5) - SHON (K.), LYU (M.-Y.), WHITE (J.L.) - * - . – Intern. Polym. Proc., 20, p. 322 (2005).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
BUSS AG Hohenrainstrasse 10, 4133 Pratteln, Suisse
B&P Littleford 1000 Hess Avenue, Saginaw, Michigan 48601, États-Unis
X-Compound Hardmatt 932, 5082 Kaisten, Suisse
Xinda No. 3-1, Huandong Road, Xiake Town, Jiangyin City, Chine
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