Bibliographie & annexes
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Présentation
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
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
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4. Modèles d’écoulement
Comme on vient de le voir, le co-malaxeur est un outil complexe et l’on comprend bien que la modélisation des écoulements pourrait être un outil intéressant pour mieux appréhender et optimiser le fonctionnement de ces machines. Le problème est cependant beaucoup plus difficile que pour les autres procédés d’extrusion (monovis, bivis co- ou contrarotatives) en raison des particularités déjà évoquées : mouvement oscillant de la vis, interdisant une approche stationnaire, présence des interruptions de filet, trajectoire des doigts de malaxage, etc. Dans ce qui suit, nous allons présenter les différentes approches tirées de la bibliographie, en insistant sur les limites actuelles de ces modèles.
4.1 Modèles 1D
Un des premiers modèles d’écoulement dans un co-malaxeur a été proposé par Elemans et Meijer en 1990 . Il considère, pour un fluide newtonien et isotherme, la présence des doigts de malaxage et des interruptions de filet, mais ne prend pas en compte le mouvement oscillant de la vis. Il est fondé sur les modèles classiques d’extrusion où le débit est la somme de termes de cisaillement et de termes de pression :
avec :
- Qv :
- débit volumique du co-malaxeur (en m3/s),
- Qd :
- débit de cisaillement (en m3/s),
- Qp :
- débit de pression (en m3/s),
- Qpin :
- débit dû aux doigts de malaxage (en m3/s),
- QL :
- débit de fuite au-dessus des filets (en m3/s),
- QLD :
- débit de fuite dans les interruptions de filet (en m3/s),
...
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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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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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