Présentation
EnglishRÉSUMÉ
La coextrusion consiste à faire s’écouler au sein d’un même outillage d’extrusion des polymères de natures différentes afin d’obtenir un produit multicouche combinant les propriétés des polymères constituants. Le défi est d’obtenir en sortie de filière une épaisseur homogène de chacune des couches ainsi que du produit final. Après une description de différents outillages de coextrusion, cet article propose des modèles de complexité croissante, concernant la rhéologie des polymères, les phénomènes thermiques et la géométrie de la filière. Les modèles sont appliqués à des cas concrets de coextrusion.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Yves DEMAY : Professeur - Université Côte d’Azur, Laboratoire J.A. Dieudonné, UMR CNRS 7351, Nice, France
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Jean-François AGASSANT : Conseiller scientifique - MINES Paristech, PSL Research University, CEMEF, UMR CNRS 7635, Sophia-Antipolis, France
INTRODUCTION
Les procédés de coextrusion consistent à faire s’écouler simultanément, au sein d’un même outillage, plusieurs polymères de caractéristiques différentes, afin d’obtenir un produit stratifié multicouche associant les qualités de chacun des polymères constituants (résistance au choc, aux rayures, aspect esthétique, propriétés barrières), tout en réalisant une bonne adhésion entre les différentes couches. La première exigence est d’obtenir un produit multicouche en sortie de filière dont chacune des couches soit d’épaisseur homogène. Cela va dépendre de la géométrie de la filière, de la rhéologie des différents polymères et de leur température de mise en œuvre. La seconde exigence est d’assurer une bonne adhésion entre les polymères tout en évitant l’apparition d’instabilités entre les différentes couches. La modélisation de ces écoulements de coextrusion est un outil efficace pour prévoir les répartitions d’épaisseur en sortie de filière ainsi que les champs de vitesse et de contrainte à l’intérieur de la filière qui sont à l’origine des instabilités interfaciales. Après une description des différents types de produits polymères coextrudés et des filières qui permettent de les réaliser, nous proposons des modèles de complexité croissante, d’abord appliqués à des filières multicanaux (alimentées par des filières d’extrusion monomatière différentes) pour lesquelles l’écoulement de coextrusion proprement dit n’intervient que sur une courte distance dans une géométrie simple. L’enjeu est alors de prévoir l’allure et le temps d’établissement des champs de vitesse et de température pour des comportements rhéologiques newtoniens, pseudoplastiques, dans des situations isothermes puis non isothermes. Nous nous intéressons ensuite au cas des filières à « boîte de coextrusion » dans lesquelles les différents polymères sont assemblés en amont d’une filière de géométrie complexe. L’enjeu est alors, à la fois de prévoir comme précédemment les champs de vitesse, de contrainte et de température, mais également la distribution des différents polymères dans la filière et à sa sortie. Ces situations de coextrusion sont illustrées par des applications concrètes.
MOTS-CLÉS
modélisation thermomécanique distribution des épaisseurs produit multicouche outillage d'extrusion
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1. Écoulements de coextrusion
1.1 Intérêt des écoulements de coextrusion
Les procédés de coextrusion permettent d’associer, au sein d’un même produit, les qualités de chacun des polymères constituants (résistance au choc, aux rayures, aspect esthétique, propriétés barrières), tout en réalisant une bonne adhésion entre les différentes couches. Dans certains cas, il peut s’agir plus simplement d’utiliser, entre deux couches de polymère vierge, une couche de polymère recyclé de moindre qualité. Ces procédés ont connu ces dernières années un très fort développement dans le domaine de l’emballage alimentaire. Ces produits posent aujourd’hui des problèmes environnementaux dus à la difficulté de dissocier en fin de vie les polymères constituants en vue de leur recyclage. Des configurations initiales, qui associaient deux produits en deux ou trois couches, on en est venu actuellement à des configurations complexes faisant intervenir couramment jusqu’à 5 ou 6 constituants différents, dans des structures qui peuvent aller jusqu’à une dizaine de couches [AM 3 659]. Pour une application classique en emballage alimentaire de 2 mm d’épaisseur, on peut trouver, par exemple (figure 1), une couche de polyéthylène basse densité, une couche de polyéthylène haute densité, une fine couche de liant permettant l’adhésion entre deux polymères incompatibles, une couche de produit barrière à l’oxygène (par exemple un EVOH, éthylène vinyl alcool), une deuxième couche de liant et une couche de polystyrène pour assurer un bon aspect de surface.
HAUT DE PAGE1.2 Exemples de géométries de coextrusion
Tous les procédés d’extrusion sont concernés par les écoulements multimatières : le soufflage pour la fabrication de corps creux (bouteilles, flacons…), le soufflage...
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BIBLIOGRAPHIE
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