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En anglais
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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Modèles d’écoulement
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3. Influence des paramètres opératoires
Dans cette section, nous allons passer en revue les principaux résultats issus de travaux expérimentaux concernant les paramètres que l’on peut mesurer lors du fonctionnement d’un co-malaxeur.
3.1 Taux de remplissage
Comme le co-malaxeur est alimenté par un ou plusieurs doseurs, il fonctionne en n’étant que partiellement rempli, comme une extrudeuse bivis. Il est donc important de connaître le taux de remplissage et de savoir quelles zones sont remplies pour bien appréhender son fonctionnement. Pour cela, on effectue en général des essais interrompus, au cours desquels le co-malaxeur est brutalement arrêté en cours de fonctionnement, puis ouvert pour avoir accès à la matière. La figure 15 montre l’effet du débit sur le remplissage d’un co-malaxeur de laboratoire de diamètre 30 mm, alimenté en polypropylène . Le remplissage est complet en amont des zones restrictives (bagues de restriction et filière). Les éléments de mélange (KE) sont le plus souvent remplis, ce qui n’est pas le cas des éléments de transport (EZ). Le taux de remplissage augmente avec le débit à vitesse de rotation constante et il diminue lorsque la vitesse augmente à débit constant. La température de régulation du fourreau semble avoir peu d’influence sur le taux de remplissage.
HAUT DE PAGE3.2 Température
La température le long du co-malaxeur peut être mesurée grâce aux doigts percés dans lesquels on peut insérer des thermocouples (voir § 2.1.4...
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Influence des paramètres opératoires
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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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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