Article de référence | Réf : AM3663 v1

Conclusion
Calandrage

Auteur(s) : Jean-François AGASSANT, Robert HINAULT

Date de publication : 10 janv. 2001

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Présentation

Auteur(s)

  • Jean-François AGASSANT : Ingénieur civil des Mines. Docteur ès sciences - Professeur à l’École nationale supérieure des mines de Paris - Directeur-adjoint du CEMEF (Centre de mise en forme des matériaux) - Directeur UMR-CNRS/École des mines de Paris n 7635

  • Robert HINAULT : Ingénieur ENSCR (École nationale supérieure de chimie de Rennes) - Directeur technique de la société Taraflex

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INTRODUCTION

Le calandrage est un procédé de fabrication de feuilles (> 100 µm) ou de films (< 100 µm) en polymères par écrasement de la masse plastique fondue entre plusieurs cylindres chauffés et entraînés mécaniquement. Cette technologie est très ancienne, un brevet US (n 16) de 1836 revendique le calandrage du caoutchouc. Le calandrage s’est développé conjointement avec le PVC [poly(chlorure de vinyle)] à partir des années 1940. Aujourd’hui encore le PVC reste le polymère le plus transformé par calandrage bien que d’autres polymères puissent être calandrés : les élastomères, les alliages d’élastomères (par exemple : Santoprène, Alcryn), le polyéthylène chloré, le polyéthylène chlorosulfoné (par exemple : Hypalon) ; et certains polymères polyoléfiniques [polyéthylènes basse densité (PEBD), copolymères éthylènepropylène, éthylène vinylacrylate (EVA), polypropylène (PP) ...].

Comparativement aux procédés d’extrusion-soufflage et d’extrusion à travers une filière plate, qui permettent également de produire des films et des feuilles de matières thermoplastiques, le calandrage se différencie par :

  • un niveau d’investissement beaucoup plus important, typiquement d’un facteur 20 ;

  • des débits très élevés : de 2 t/h à 6 t/h selon que l’on transforme du PVC rigide ou du PVC plastifié chargé. Ces chiffres sont 3 à 4 fois plus élevés que ceux obtenus par extrusion filière plate et 2 à 3 fois plus élevés que par extrusion-soufflage ;

  • des largeurs importantes : 4 000 mm sans étirage pour les feuilles, ou avec étirage pour les films. Ces largeurs sont comparables à celles obtenues par extrusion soufflage ;

  • une très bonne qualité des films et feuilles, c’est-à-dire : planéité, profil, fini de surface, stabilité dimensionnelle ;

  • une gamme d’épaisseur plus restreinte (50 µm pour le PVC rigide à 1,3 mm pour le PVC plastifié chargé) qu’en extrusion (10 µm en extrusion-soufflage ou extrusion filière plate plus étirage à 2 mm pour l’extrusion avec filière plate).

On peut donc dire que calandrage et extrusion se complètent : le calandrage est bien adapté aux productions de grandes séries où l’on recherche à la fois qualité et débit ; l’extrusion, qui peut être facilement dimensionnée à la taille des séries, est surtout recherchée pour sa polyvalence (pratiquement tous les polymères thermoplastiques peuvent s’extruder).

En Europe de l’Ouest, la consommation annuelle de PVC est d’environ six millions de tonnes (d’après l’European Council of Vinyl Manufacturers : 1997). Le calandrage représente environ 18 % de la totalité des procédés de transformation du PVC, les principaux marchés des produits calandrés étant l’emballage rigide (films thermoformés), les revêtements de sols et de toitures, les films pour la maroquinerie, l’automobile, les revêtements textiles...

Dans ce qui suit nous évoquerons uniquement le calandrage du PVC.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3663


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6. Conclusion

Les progrès accomplis dans la compréhension du procédé ont permis de définir des lignes de calandrage produisant des feuilles et des films de haute qualité avec des débits très élevés et des grandes largeurs (5 à 6 m contre 2 à 3 il y a 10 ans).

La modélisation du procédé de calandrage a contribué à cette compréhension. Nous avons par exemple défini à la figure 31 les conditions d’obtention d’une feuille exempte de défauts de mattage et de fusées, à deux températures différentes, à partir des paramètres de calandrage.

Pour être plus pertinente, cette modélisation devrait prendre en compte plus finement :

  • la rhéologie du PVC (passé thermomécanique, viscoélasticité) ;

  • un éventuel glissement à la paroi des cylindres ;

  • intégrer l’existence d’une friction (différentiel de vitesse des cylindres) ;

  • des températures différentes entre les cylindres ;

ainsi que l’écoulement transversal dans le bourrelet de calandrage qui contribue à l’élargissement de la feuille.

Le défi est d’aboutir à une automatisation complète de la ligne de calandrage à partir d’une mesure en continu de l’épaisseur de la feuille et des efforts de calandrage. Ceci nécessiterait la mise au point du contrôle des différents bourrelets de la calandre. Actuellement seul le premier bourrelet est susceptible d’être contrôlé.

La véritable question qui reste ouverte aujourd’hui est de définir la « calandrabilité » d’un polymère. C’est dans ce sens que l’on pourra faire évoluer les formulations du PVC et développer le calandrage d’autres polymères.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - VILLEMAIRE (J.P.), AGASSANT (J.F.) -   Influence of shear and thermal history on melt rheology of PVC.  -  In « Interrelation between Processing, Structure and Properties of Polymeric Materials », edited by SEFERIS (J.C.), THEOCARIS (P.S.), Elsevier (1984).

  • (2) - GONNU (P.) -   Influence des stabilisants thermiques sur le comportement rhéologique du PVC.  -  Mémoire CNAM (1984).

  • (3) - AGASSANT (J.-F.), AVENAS (P.), SERGENT (J.Ph.), VERGNES (B.), VINCENT (M.) -   La mise en forme des matières plastiques.  -  Technique et Documentation (1996).

  • (4) - UNKRUER (W.) -   *  -  Kunststoffe, 62, p. 7 (1972).

  • (5) - AGASSANT (J.-F.), ESPY (M.) -   *  -  Polym. Eng. Sci., 25, p. 118 (1985).

  • (6) - AGASSANT (J.-F.), AVENAS (P.) -   *  -  J. Macromol. Sci. Phys., B14, p. 345 (1977).

  • ...

1 À lire également dans nos bases

AUSSEUR (D.) - Poly(chlorure de vinyle). - [AM 3 325_04_1999] Archives matériaux (1999).

HRUSKA (V.) - GUESNET (P.) - SALIN (C.) - COUCHOUD (J.-J.) - Poly(chlorure de vinyle). - [AM 3 325] Traité Plastiques et Composites (2007).

VERGNES (B.) - CHAPET (M.) - Extrusion – Procédés d'extrusion bivis. - [AM 3 653] Traité Plastiques et Composites (2001).

DUVAL (C.) - Polypropylènes (PP). - [AM 3 320] Traité Plastiques et Composites (2004).

LEVRESSE (B.) - Polyéthylène basse densité. - [J 6 539] Traité Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique (1993).

NIVON (M.) - Sécurité dans la transformation des plastiques. - [AM 3 748] Traité...

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