Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
La modélisation des procédés de mise en forme des polymères permet de nos jours d'optimiser la forme des filières et des moules, ainsi que les paramètres du procédé. Dans le futur, la modélisation aura pour objectif de prévoir la structure des produits fabriqués et leurs propriétés. Cela requiert une bonne maîtrise de la rhéologie des polymères, des conditions aux limites cinématiques et thermiques, mais aussi une bonne description des phénomènes physiques. Dans cet article, un état de l'art des principaux procédés est présenté. Les bases d'une modélisation pertinente sont proposées, et le choix entre différentes méthodes de résolution numériques abordé. Plusieurs exemples d'application sont proposés : filières d'extrusion, moules d'injection, soufflage de corps creux.
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Polymer processing modeling is at present a useful tool for extrusion die or injection molds optimization as well as processing parameters adjustment. As a future challenge, it will be possible to foresee the microstructure of the produced parts and so their physical properties (mechanical, optical?). Modeling requires mastering the rheology of polymers in the molten state, the kinematics and heat transfer boundary conditions but first of all an accurate description of the physics of the process. À state of the art of the main polymer forming processesis presented in the first section. The basis of a pertinent thermo-mechanical model is the subject of the second section. In the third section, the choice between direct numerical simulation and approximation methods will be discussed. Several examples will be presented in the last section: film blowing die, coat-hanger die, profile die, mold and blow-molding optimization.
Auteur(s)
-
Jean-François AGASSANT : Professeur, Responsable du département « Mécanique et Matériaux » de MINES ParisTech - CEMEF, UMR CNRS 7635
INTRODUCTION
Dans le passé, le développement de nouveaux polymères était motivé par la recherche de nouvelles propriétés ou de propriétés améliorées. On stipulait que les procédés de mise en forme s'adapteraient via quelques ajustements réalisés par une démarche d'essais-erreurs. Cela a fonctionné dans un certain nombre de cas, mais dans d'autres, on a découvert rapidement que ces nouveaux polymères, aux propriétés « merveilleuses » étaient très difficiles à mettre en œuvre, soit parce que les pressions ou les couples moteur nécessaires étaient incompatibles avec les machines de mise en œuvre existantes, soit parce qu'ils présentaient des instabilités d'écoulement ou d'étirage à des vitesses de production incompatibles avec leur rentabilité économique. On se souvient à cet égard du développement des premiers polyéthylènes métallocènes qui présentaient des défauts d'extrusion à des taux de cisaillement beaucoup plus faibles que ceux observés sur des polyéthylènes traditionnels.
Plus récemment, les producteurs de polymères ont intégré le procédé dans le développement de leurs nouveaux matériaux en utilisant dès les premiers stades de leur développement des minimachines de transformation (extrudeuses ou presses à injecter) qui permettent de discerner d'éventuels problèmes de mise en œuvre avec quelques centaines de grammes de polymère. Malheureusement l'extrapolation à des machines de taille industrielle s'est révélée parfois hasardeuse, en particulier du fait que la « mise à l'échelle » n'obéit pas à la même homothétie selon que l'on considère les phénomènes mécaniques ou thermiques.
C'est la raison pour laquelle la modélisation numérique, utilisée essentiellement dans le domaine de la conception des moules d'injection il y a une vingtaine d'années, pénètre aujourd'hui les différents secteurs de la plasturgie. Mais cela n'a un sens que dans la mesure où les modèles numériques développés sont basés sur une analyse physique pertinente des phénomènes rencontrés dans une machine ou un outillage de mise en œuvre. L'ambition de cet article est de donner quelques règles qui permettent d'adapter le modèle aux contraintes du procédé de mise en œuvre et de répondre aux questions que l'on se pose, avant de les illustrer sur quelques exemples. Mais, tout d'abord, il est nécessaire de dresser un « état de l'art » rapide des procédés.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
modeling | rheology | heat transfer
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Conclusion
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4. Exemples d'applications
Nous allons considérer plusieurs exemples pour lesquels nous appliquons soit les méthodes d'approximation que nous venons d'évoquer, soit des méthodes de résolution directe.
4.1 Optimisation d'une filière de gaine
La filière de gaine doit répartir le débit et la température de la façon la plus régulière possible sur la circonférence de la filière. Des hétérogénéités d'épaisseur et de température ne pourraient être qu'exacerbées lors du soufflage ultérieur du film. Le nombre de paramètres géométriques que l'on peut faire varier est impressionnant (figure 8) et le calcul dans la géométrie équivalente de la figure 9, réalisé en découplant l'écoulement selon l'axe des canaux et l'écoulement entre deux canaux successifs, nous permet de tester rapidement l'influence des paramètres géométriques de la filière sur la distribution de débit en sortie.
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Exemples d'applications
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAILLEFER (C.) - Boudineuses à vis - . Swiss Patent no 363149 (1959)
-
(2) - AGASSANT (J.F.), AVENAS (P.), SERGENT (J.Ph.), VERGNES (B.), VINCENT (M.) - Mise en forme des polymères. Approche thermomécanique de la plasturgie. - Tech et Doc. Lavoisier (2014).
-
(3) - DREYER (J.L.) - Injection assistée par gaz. - Techniques de l'Ingénieur, AM 3 693 (2012).
-
(4) - XU (X), PARK (C.B.) - Injection foam molding - dans Injection Molding, Technology and Fundamentals, édité par M.R.Kamal, A.I.Isayev et S.J.Liu, Hanser Verlag, Munich (2009).
-
(5) - CARREAU (P.J.) - Rheological equations from molecular network theories - . Trans Soc Rheo, 16 : 99- 127 (1972).
-
(6) - YASUDA (K.Y.), AMSTRONG (R.C.), COHEN (R.E.) - Shear flow properties of concentrated solutions...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
...
ANNEXES
Moldflow
Ansys Polyflow
REM3D
HAUT DE PAGE
Congrès annuel de la Polymer Processing Society, Nurenberg (2013) Cleveland (2014) Kunststoffe, Dusseldorf
HAUT DE PAGE
Boudineuses à vis. Swiss Patent no 363149. MAILLEFER (C.) 1959.
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