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Auteur(s)
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Rudy KOOPMANS : Docteur en sciences - Professeur à l’université de Leeds (Grande-Bretagne) - Chef de recherches à Dow Benelux BV (Pays Bas)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les défauts d’extrusion sont des déformations d’extrudat souvent observées pendant l’extrusion à grande vitesse des matériaux thermoplastiques. Diverses formes de déformations d’extrudat peuvent être identifiées. Typiquement une distinction est faite entre les déformations localisées sur la surface et les déformations concernant le volume entier de l’extrudat. Les défauts du premier type sont communément désignés « peau de requin » et ceux du deuxième type sous le vocable « rupture d’extrudat ». Les combinaisons des déformations de surface et de volume se produisent également et sont connues sous le nom de défaut « bouchon » ou « défaut oscillant » (en anglais : « spurt » ou « stick-slip melt fracture »).
Cependant, dans la pratique industrielle, les déformations de surface sont perçues comme le problème le plus important parce qu’elles apparaissent en premier et qu’elles limitent le débit de l’extrusion. L’objet extrudé (film, feuille, tube, câble ou corps creux) n’est plus conforme aux standards de qualité (il présente une perte de transparence optique, de lustre ou d’intégrité mécanique).
Des mesures correctives permettent de différer l’apparition des déformations d’extrudat à des débits d’extrusion plus élevés : diverses solutions sont disponibles mais elles ne sont intéressantes que si elles demeurent économiquement acceptables. Typiquement la température d’extrusion du polymère fondu est augmentée ou le thermoplastique est mélangé avec un polymère semblable de viscosité inférieure ou des additifs sont ajoutés pour faciliter l’écoulement.
Dans cet article, les divers types de défauts d’extrusion seront définis et décrits pour quelques procédés d’extrusion des thermoplastiques. Les causes possibles d’apparition des défauts d’extrusion seront analysées d’un point de vue scientifique. Quelques solutions typiques permettant de différer l’apparition des défauts d’extrusion seront présentées.
Pour plus de détails, le lecteur pourra consulter utilement les articles consacrés à l’extrusion, dans ce traité :
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Prévention des défauts d’extrusionArticle inclus dans l'offre
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3. Origine des défauts d’extrusion
3.1 Étude des défauts d’extrusion
Le lecteur consultera utilement l’article Propriétés rhéologiques des thermoplastiques dans le même traité, et plus particulièrement le paragraphe 2.2.3.
Les rhéomètres capillaires (couramment utilisé dans l’industrie, cet appareil permet l’obtention de courbes d’écoulement dans un large domaine de gradient de vitesse ) sont des extrudeuses simplifiées qui permettent d’étudier les défauts d’extrusion de façon systématique. La complexité des processus industriels d’extrusion est donc réduite à une installation expérimentale bien maîtrisée et modélisée.
Les hypothèses principales de ce modèle sont :
-
un écoulement de cisaillement régulier entièrement développé et isotherme ;
-
des effets transitoires négligeables au début de l’écoulement ;
-
une vitesse nulle à la paroi de la filière ;
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un polymère fondu incompressible et chimiquement stable.
La plupart des dispositifs expérimentaux dévient de ces hypothèses et exigent des corrections bien connues pour obtenir les véritables taux et contraintes de cisaillement à la paroi.
Les rhéomètres capillaires peuvent être utilisés à débit constant ou à pression constante mais les observations concernant des défaut d’extrusion demeurent les mêmes.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TORDELLA (J.P.) - Unstable flow of molten polymers. - Academic Press, New York, no 5, p. 57-92 (1969).
-
(2) - CARROT (C.), GUILLET (J.) - Viscoélasticité linéaire des polymères fondus. - Traité Plastiques et Composites [AM 3 620](1999).
-
(3) - COGSWELL (F.N.) - Stretching flow instabilities at the exits of extrusion dies. - J. Non-Newt. Fluid Mech., 2(1), p. 37-47 (1977).
-
(4) - BENBOW (J.J.), LAMB (P.) - New aspects of melt fracture. - Annual Tech. Conf. – SPE, janv. 1963.
-
(5) - RAMAMURTHY (A.V.) - Eliminating surface melt fracture when extruding ethylene polymers. - Brevet sud-africain ZA 8404926 A (1985).
-
(6) - KURTZ (S.J.) - Visualization of exit fracture in the sharkskin process. - Polym. Proc. Soc., Akron Ohio,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
-
1 Outils
-
2 Événements
-
3 Annuaire
- 3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive) 3.1.1 Extrudeuses monovis
- 3.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
- 3.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
- 3.4 Laboratoires – Bureau d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
3.1.2 Extrudeuses corotatives
3.1.3 Extrudeuses contrarotatives interpénétrées
3.1.4 Extrudeuses contrarotatives non interpénétrées
Akro-co Twin Screw Temarex (USA) http://www.temarex.com/extrus.htm
Extrud7-2000 Scientific Process & Research (USA) http://www.spar.com
Ludovic SCC (France) http://www.scconsultants.com
Morex aiXtrusion (Allemagne) http://www.aixtrusion.de
REX Université de Paderborn (Allemagne) http://www.ktpweb.de/ktpwebEnglish/software_rex.html
REM3D Transvalor (France) http://www.transvalor.com/rem3d.php
Sigma Université de Paderborn (Allemagne) http://www.ktpweb.de/ktpwebEnglish/software_sigma.html
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