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RÉSUMÉ
Les micro-compoundeurs sont composés d'une extrudeuse bivis conique de petites dimensions, couplée à un canal de recirculation, dans lequel quelques grammes de matériau peuvent être traités pendant un temps donné, avant d'être purgés. Les conditions d'écoulement à l'intérieur de ces machines ne sont pas toujours bien connues, ce qui rend parfois difficile une utilisation optimale et une interprétation correcte des résultats. Dans cet article, le mode de fonctionnement des micro-compoundeurs est explicité. Des résultats expérimentaux et des modèles d’écoulement sont présentés, pour permettre au lecteur de mieux appréhender ce procédé et comprendre les influences de ses principaux paramètres.
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Bruno VERGNES : Docteur ès Sciences - Conseiller scientifique - CEMEF, Mines Paris – PSL, Sophia Antipolis, France
INTRODUCTION
Le mélange et le compoundage constituent une partie essentielle de l'industrie des polymères. Au niveau industriel, ces opérations sont généralement réalisées à l'aide d'extrudeuses bivis, capables de fournir des débits allant jusqu'à des dizaines de tonnes par heure. Cependant, pour développer un produit à l'échelle du laboratoire, des machines plus petites sont nécessaires. Des extrudeuses bivis d'un diamètre minimal de 11 mm sont désormais disponibles sur le marché, permettant selon les constructeurs d’atteindre des débits de 20 g/h. Cependant, pour des matériaux coûteux ou disponibles en très faibles quantités, des débits de quelques grammes par heure seraient souhaitables, au moins pour définir des formulations appropriées. C'est pourquoi, à la fin des années 1990, une nouvelle catégorie de machines est apparue, les micro-compoundeurs. Ils sont fondés sur la même idée : coupler une extrudeuse bivis de petite taille (co- ou contrarotative) avec un canal de recirculation. Le matériau peut ainsi être traité durant le temps nécessaire à son élaboration, mais dans des conditions réelles d'extrusion. Une fois ce traitement thermomécanique réalisé, une vanne permet de purger la matière en l'extrudant à travers une filière. Sur certaines machines, la conception du canal de recirculation permet également de déduire une viscosité apparente à partir de la mesure de la perte de charge locale.
Les micro-compoundeurs sont essentiellement utilisés dans des laboratoires ou des unités de recherche et développement (R&D). Cependant, malgré une utilisation croissante, leur fonctionnement demeure imparfaitement connu et il existe peu de données bibliographiques sur le procédé lui-même. Dans cet article, après avoir explicité les principes de base du fonctionnement des micro-compoundeurs, nous décrirons en détail leur géométrie, aussi bien en configuration co- que contrarotative, puis nous présenterons un certain nombre de résultats expérimentaux. Nous introduirons ensuite quelques notions de modélisation des écoulements et montrerons les résultats pratiques que ces modèles permettent d’obtenir.
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Résultats expérimentaux
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2. Géométrie et mode de fonctionnement
2.1 Configuration générale et géométrie des vis
On se focalisera par la suite sur la configuration d’un micro-compoundeur ThermoFisher MiniLab. La figure 3 présente des vues de dessus de l’appareil en configurations co- et contrarotative. Pour donner une idée de l’échelle, la longueur des vis est de 109,5 mm. Les principales dimensions de ce micro-compoundeur sont données dans le tableau 2.
Le canal de recirculation est équipé de deux capteurs de pression, notés P 1 et P 2 sur la figure 1. La distance entre les deux capteurs est de 64 mm. Le canal rejoint la partie extrudeuse à 19,5 mm de l’entrée. Ses dimensions sont indiquées figure 18. Son volume total V canal est de 1,64 cm3. Lors de la purge, ce volume n’est pas extrudé et ne peut être récupéré qu’après ouverture du fourreau.
HAUT DE PAGE2.1.2 Géométrie des vis corotatives
Les vis corotatives sont de type interpénétré autonettoyantes. Le chenal de vis est considéré comme continu, la matière passant alternativement d’une vis sur l’autre en suivant des trajectoires en forme de huit (voir [AM 3 653])....
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BIBLIOGRAPHIE
-
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(3) - JANSSEN (L.P.B.M.) - Twin Screw Extrusion. - Elsevier, Amsterdam (1978).
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(4) - YOUSFI (M.), ALIX (S.), LEBEAU (M.), SOULESTIN (J.), LACRAMPE (M.F.), KRAWKZAK (P.) - * - . – Polym. Test., 40, p. 207 (2014).
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(6) - WANG (C.), WANG (J.), YU (C.), WU (B.), WANG (Y.), LI (W.) - * - . – Polym. Test., 33, p. 138...
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