Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Dans cet article, les concepts généraux du développement de structures sont illustrés par quatre exemples, qui correspondent à des influences différentes des paramètres de mise en forme sur la microstructure. Dans l'extrusion de film à plat, la cristallisation se produit après cessation de l'écoulement. Au contraire, dans le filage ou le soufflage de gaine, elle se produit pendant l'écoulement. Dans le procédé d'injection, des situations très différentes sont rencontrées en fonction de la localisation à l'intérieur de la pièce.
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Jean-Marc HAUDIN : Ingénieur civil des Mines - Docteur ès sciences - Professeur à MINES ParisTech
INTRODUCTION
Le développement des structures, dont les concepts généraux ont fait l’objet de l’article [AM3120], est un domaine de plus en plus important dans la mise en forme des polymères, dans le but de maîtriser les propriétés finales des produits. Par développement de structures, on désigne, au sens large, l’ensemble des phénomènes se produisant lors de la transition entre le polymère fondu initial et l’état final très souvent semi-cristallin, ce qui inclut :
-
la cristallisation, qui se produit dans des conditions complexes sur le plan géométrique (parois des outillages,) mécanique (écoulement, pression) et thermique (vitesses de refroidissement, gradients thermiques) ;
-
l’orientation ; de l’orientation de la phase fondue à l’orientation finale des phases amorphe et cristalline.
Les nombreux résultats expérimentaux obtenus dans des expériences de laboratoire, la caractérisation des produits finis ou des mesures en ligne permettent de proposer une description générale de la cristallisation des polymères dans les procédés de mise en forme. Les concepts généraux ainsi dégagés dans l’article [AM3120] sont appliqués dans cet article à quatre procédés, qui correspondent à des influences différentes des paramètres de mise en forme sur la microstructure. Ainsi, dans l’extrusion de film à plat, la cristallisation se produit après cessation de l’écoulement. Au contraire, dans le filage ou le soufflage de gaine, elle se produit pendant l’écoulement. Dans le procédé d'injection, des situations très différentes sont rencontrées en fonction de la localisation à l’intérieur de la pièce.
La simulation numérique est un outil efficace pour interpréter et prédire les phénomènes couplés intervenant dans le développement de structures. Elle passe par l’introduction d’une loi de cristallisation dans un modèle thermomécanique du procédé. L’exemple présenté ici concerne l’extrusion de film à plat.
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Glossaire – Définitions
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5. Conclusion
Dans l’étude du développement de structures dans les polymères semi-cristallins, deux démarches, en aucun cas exclusives l’une de l’autre, peuvent être adoptées :
-
une démarche descriptive, qui, dans le cas le plus général, cherche à établir des corrélations entre l’architecture moléculaire du polymère, sa formulation, les conditions de mise en forme dans un procédé déterminé, les microstructures résultantes et les propriétés finales des produits fabriqués. Ainsi que l’ont suggéré les exemples retenus, beaucoup d’études se limitent en fait à considérer l’influence de conditions de mise en forme sur les structures et les propriétés, pour un ou plusieurs matériaux (polymères et formulation) choisis. À conditions de mise en forme données, certains travaux examinent plutôt l’influence de la structure moléculaire sur le développement de structures (dans cet article, cas de PEBDL étudiés en soufflage de gaine).
-
une approche prédictive, grâce à la modélisation des phénomènes physiques impliqués, et particulier de la cristallisation.
5.1 Démarche descriptive
Dans l’approche descriptive, l’investigation de la microstructure porte en général sur les paramètres suivants :
-
Nature et pourcentage des phases cristallines.
Par exemple, dans les films de PP isotactique extrudés à plat, la phase α majoritaire coexiste avec une certaine quantité de phase β. Une phase cristalline peut être identifiée par ses raies de diffraction des rayons X, ou par sa température de fusion mesurée par DSC (Differential Scanning Calorimetry). À partir de l’intensité des pics de diffraction X, on peut calculer les proportions des différentes phases dans l’échantillon.
-
Taux de cristallinité.
Il peut être déterminé par diverses techniques, dont les plus communes sont la diffraction des rayons X, la DSC ou les mesures de densité.
-
Morphologies aux différentes échelles.
À l’échelle de 10 nm, l’organisation des lamelles avec la phase amorphe peut être résolue grâce à des observations au MET sur des coupes ultraminces. On a ainsi accès à la...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COTTO (D.), DUFFO (P.), HAUDIN (J.M.) - Cast film extrusion of polypropylene films - . Int. Polym. Proc., 4, p. 103-113 (1989).
-
(2) - DUFFO (P.), MONASSE (B.), HAUDIN (J.M.) - Cast film extrusion of polypropylene.Thermomechanical and physical aspects - . J. Polym. Eng., 10, p. 151-229 (1991).
-
(3) - JAY (F.), MONASSE (B.), HAUDIN (J.M.) - Memory Effects in Crystallisation of Polypropylene during Cast Film Extrusion. - Int. J. Forming Processes, 1, p. 75-95 (1998).
-
(4) - LOZANO (T.), LARIA (J.), LAFLEUR (P.G.), SÁNCHEZ-VALDÉS (S.), RODRIGUEZ-GONZÁLEZ (F.), MORALES-CEPEDA (A.B.) - Beta phase in polypropylene induced by shear in a single-screw extruder - . Polym. Eng. Sci., 52, p. 1672-1677 (2012).
-
(5) - DUFFO (P.) - Étude théorique et expérimentale du procédé de fabrication de films minces de polypropylène par extrusion-biétirage - . Thèse de Doctorat, École Nationale Supérieure des Mines de Paris (1990).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Les simulations mentionnées concernent essentiellement des travaux de laboratoire, utilisant souvent des logiciels « maison ». Toutefois, certains travaux ont utilisé des logiciels commerciaux ou ont été financés par des concepteurs de codes, même si ces développements n’ont pas encore été intégrés dans les versions commercialisées. De plus, même si les logiciels commerciaux ne sont pas spécifiquement dédiés au développement de structures, ils peuvent rendre des services estimables en déterminant les conditions mécaniques et thermiques de ce développement de structures. On peut donc citer un certain nombre de logiciels utilisés en mise en forme des polymères :
POLYCAD® Software Suite http://www.polydynamics.com/
ANSYS POLYFLOW http://www.ansys.com/Products/
et spécifiquement en injection
Rem3D® http://www.transvalor.com/fr/
Autodesk®Simulation Moldflow® http://www.autodesk.fr/products/simulation-moldflow/
Cadmould® 3D-F http://www.cadflow.fr
Moldex3D http://www.moldex3d.com/
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