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1 - DESCRIPTION DES GÉOMÉTRIES ÉTUDIÉES

2 - ÉQUATIONS GÉNÉRALES DE LA MÉCANIQUE DES FLUIDES VISQUEUX

  • 2.1 - Caractère spécifique des écoulements de polymères fondus
  • 2.2 - Équations de la mécanique et de la thermique

3 - MÉTHODES DE SIMPLIFICATION

4 - MÉTHODES DE RÉSOLUTION

  • 4.1 - Écoulements monodirectionnels
  • 4.2 - Écoulements bidirectionnels

5 - EXEMPLES DE RÉSULTATS

6 - APPLICATION AUX ÉCOULEMENTS DE COEXTRUSION

7 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

| Réf : A3655 v1

Application aux écoulements de coextrusion
Modélisation des écoulements dans les filières d’extrusion

Auteur(s) : Bruno VERGNES, Jean‐François AGASSANT

Date de publication : 10 févr. 1993

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Auteur(s)

  • Bruno VERGNES : Ingénieur ENSTA (École Nationale Supérieure des Techniques Avancées) - Docteur ès Sciences - Maître de Recherche à l’École des Mines de Paris - Responsable‐adjoint du Groupe de recherches « Écoulements viscoélastiques » au CEMEF (Centre de Mise en Forme des Matériaux )

  • Jean‐François AGASSANT : Ingénieur Civil des Mines, Docteur ès Sciences - Professeur à l’École des Mines de Paris - Responsable du Groupe de recherches « Écoulements viscoélastiques » et Codirecteur du CEMEF‐URA CNRS n 1374

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INTRODUCTION

La fabrication en continu de semi‐produits ou de produits finis de section constante (plaques, feuilles, films, tubes, profilés...) par extrusion à travers une filière est de loin le procédé de transformation des plastiques le plus répandu. En 1991 par exemple, le tonnage de matières transformées par extrusion en France s’est élevé à 1,30 million de tonnes, soit 47 % de la consommation totale de produits thermoplastiques [1].

Par ordre d’importance décroissante, toujours en tonnage de matière transformée, les différents produits concernés par ce procédé sont :

  • les films soufflés : 610 000 t, principalement des polyéthylènes (PE‐BD : 73 % ; PE‐BDL : 18 % ; PE‐HD : 9 %) ;

  • les feuilles et plaques : 262 000 t (PVC, polypropylène, polystyrène) ;

  • les tubes : 246 000 t, presque exclusivement du PVC, avec un peu de polyéthylène (principalement haute densité) ;

  • les profilés : 142 000 t, principalement du PVC ;

  • enfin, les isolations de câbles électriques ou téléphoniques : 120 000 t (PVC et polyéthylène basse densité).

Une ligne d’extrusion est généralement constituée des éléments suivants :

  • une extrudeuse, monovis ou bivis, qui permet de fondre ou de plastifier le polymère, de le mettre en pression et de fournir un débit de matière régulier, à une température aussi homogène que possible ;

  • la filière, de géométrie plus ou moins complexe, qui donne au produit la forme requise.

À la sortie de la filière, le produit peut subir éventuellement d’autres traitements mécaniques (conformation, étirage, soufflage...), tout en étant refroidi puis conditionné.

Le rôle principal que doit jouer une filière d’extrusion est de fournir à la sortie de l’outillage un produit de dimension donnée, parfaitement uniforme du point de vue des débits et des températures. Cela est particulièrement important pour les phases qui suivent l’extrusion proprement dite (étirage, conformation, refroidissement...) pour lesquelles toute hétérogénéité en sortie de filière ne pourrait qu’être aggravée et conduire à un produit incorrect. L’écoulement dans une filière est donc un problème de distribution et la conception géométrique de ces outillages doit permettre de réaliser cette distribution au mieux, pour des conditions de débit le plus élevé possible. Cette conception a longtemps été et est encore souvent fondée sur l’empirisme et l’expérience des bureaux d’études et des utilisateurs. Toutefois une approche plus scientifique du problème, allant de pair avec le développement des moyens informatiques, permet aujourd’hui de conforter l’expérience des praticiens et d’aborder la conception des filières d’extrusion de manière rationnelle et performante.

Nota :

Pour plus de détails, le lecteur pourra se reporter à l’article Extrusion [A 3 650], dans ce traité.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-a3655


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6. Application aux écoulements de coextrusion

6.1 Description des procédés

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6.1.1 Généralités

Le procédé de coextrusion consiste à faire s’écouler simultanément, au sein d’un même outillage, plusieurs polymères de caractéristiques différentes, afin d’obtenir un produit stratifié multicouche, présentant des propriétés intéressantes. On peut ainsi associer, au sein d’un même produit, les qualités de chacun des constituants : résistances au choc et aux rayures, aspect esthétique, propriétés barrières...

La coextrusion a connu ces dernières années un très fort développement dans le domaine de l’emballage, principalement alimentaire. Des configurations initiales, qui associaient deux produits en deux ou trois couches, on en est venu actuellement à des configurations complexes faisant intervenir jusqu’à 5 ou 6 constituants différents, dans des structures qui vont jusqu’à une dizaine de couches.

Trois procédés de transformation sont concernés par la coextrusion :

  • le soufflage, pour la fabrication de corps creux (bouteilles, flacons...) ;

  • le soufflage de gaine, pour la fabrication de films minces ;

  • la filière plate, pour la fabrication de plaques.

Nous nous limiterons ici aux deux derniers, réalisés en extrusion avec des outillages voisins de ceux que nous avons déjà évoqués.

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6.1.2 Soufflage de gaines

La géométrie utilisée est celle de la filière hélicoïdale, décrite sur la figure 1. Au sein du même outillage sont empilées et imbriquées autant de filières qu’il y a de polymères différents à extruder. L’écoulement réellement multimatière ne se produit que dans la zone terminale des lèvres,...

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