Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article se propose de faire le point sur le procédé de coextrusion multi-nanocouche, qui permet de combiner deux (voire plus) polymères sous la forme d’un nombre élevé de couches fines alternées. Les différentes approches possibles pour fabriquer et caractériser de telles structures multi-nanocouches, ainsi que les différents outils commerciaux existants, sont présentés. Enfin, il est montré que cette nanostratification peut conduire, dans certains cas, à des améliorations de propriétés découlant de phénomènes de confinement et/ou interfaciaux.
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Cyrille SOLLOGOUB : Docteur de l’École des Mines de Paris - Maître de Conférences au Conservatoire National des Arts Métiers (CNAM) - Chercheur au Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM), UMR Arts et Métiers ParisTech, CNRS, CNAM
INTRODUCTION
La coextrusion est un procédé largement utilisé dans l’industrie qui consiste à combiner avantageusement les propriétés de plusieurs polymères en les associant sous forme de couches superposées. Dans ce procédé de coextrusion conventionnel, le nombre de couches de l’objet final (films, plaques, feuilles, profilés, tubes) est compris entre 2 et 11. Une évolution de ce procédé consiste à utiliser des dispositifs permettant une augmentation considérable des couches, leur nombre pouvant alors atteindre quelques centaines voire milliers de couches. Pour une composition donnée et une épaisseur de l’objet final fixée, une augmentation du nombre de couches s’accompagne d’une réduction de leur épaisseur qui peut atteindre théoriquement, lorsque le nombre de couches est très élevé, l’échelle nanométrique.
Des travaux ont montré que le film multi-nanocouche ainsi formé peut présenter des propriétés finales remarquables, engendrées par des phénomènes de confinement et/ou interfaciaux. Il peut donc y avoir un intérêt majeur à atteindre l’échelle nanométrique pour l’épaisseur de ces couches. Ce procédé, issu du monde industriel puis largement étudié dans le milieu académique depuis plusieurs décennies, commence à donner lieu à des applications industrielles. Les propriétés améliorées qui découlent de cette structure multicouche offrent en effet des potentialités intéressantes pour la fabrication de matériaux innovants à propriétés spécifiques et devant répondre à un cahier des charges de plus en plus strict. Le but de cet article consiste à présenter l’intérêt des structures multi-nanocouches et le principe des dispositifs permettant leur fabrication. On s’attachera à montrer les potentialités du procédé en termes d’amélioration de propriétés ainsi que ses limites.
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4. Limites du procédé
4.1 Homogénéité des couches
Les instabilités et défauts d’écoulement sont inhérents au procédé de coextrusion multicouche et une littérature abondante existe sur le sujet et vise à identifier les différents défauts et les paramètres responsables de leur apparition . Ces défauts sont d’autant plus critiques que l’épaisseur des couches est faible, car ils peuvent dès lors conduire soit à la disparition d’une couche, soit à des phénomènes de ruptures de couches (§ 4.2). De plus, il est clair que certaines propriétés (propriétés optiques, par exemple) peuvent être fortement affectées par les hétérogénéités d’épaisseur (dans l’épaisseur du film comme dans sa longueur) et/ou ces ruptures de couches (propriétés barrière aux gaz par exemple).
Parmi les paramètres affectant l’homogénéité des couches, la viscosité des polymères, plus précisément l’écart de viscosité entre les polymères coextrudés, est certainement le paramètre le plus influent comme l’illustrent les micrographies de la figure 12.
Des études ont montré également que des polymères présentant des viscosités identiques mais des élasticités différentes conduisaient à des écoulements multicouches perturbés . Enfin, il faut signaler l’existence de travaux qui, en s’appuyant sur des simulations numériques, visent à optimiser la géométrie...
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Limites du procédé
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SCHRENK (W.J.) - Method for Multilayer Coextrusion, - U.S. Pat. # 3773882 (1973).
-
(2) - TOLLAR (J.E.) - Interfacial surface generator, - U.S. Pat. # 3239197 (1966).
-
(3) - SCHRENK (W.J.), SHASTRI (R.K.), AYERS (R.E.) - Interfacial surface generator, - U.S. Patent # 5094788 (1992).
-
(4) - Technologie de Multiplication des Couches (TMC) de EDI® - * - (Source : http://www.nordson.com/fr-FR/divisions/polymer-processing-systems/products/feedblocks-co-extrusion/layer-multiplication-technology-lmt).
-
(5) - DOOLEY (J.), ROBACKI (J.), JENKINS (S.), WRISLEY (R.), LEE (P.C.) - Development of Microlayer Blown Film Technology by Combining Film Die and Layer Multiplication Concepts, - Polymer Engineering & Science, 56 (5) : p. 598-604 (2016).
-
(6) - SCHIRMER (H.G.) - Layer...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Extrusion de film à plat : cast film.
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Coextrusion de feuilles et plaques.
ANNEXES
Filière NanolayerTM de Cloeren Incorporated :
Technologie de multiplication des couches EDI :
HAUT DE PAGE
Sluijters, R., Mixing Apparatus. 1962. US 3051453.
Tollar, J.E., Interfacial surface generator. 1966. US 3239197 A.
Schrenk, W. J., Method for Multilayer Coextrusion, US 3773882.
Schrenk W.J., Shastri R.K., Ayres R.F.., Gosen D.J., Interfacial surface generator, US 5094788 A.
Cloeren P.F., Method and apparatus for orienting layers in multilayered composites, EP 1507641 A1.
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