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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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Procédés d’extrusion de polymèresArticle inclus dans l'offre
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1. Phénomène de défauts d’extrusion
1.1 Définitions et terminologie
Le bilan économique pour l’extrusion des polymères thermoplastiques de grande diffusion – polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polychlorure de vinyle (PVC), polystyrène (PS) – est déterminé uniquement par le débit d’extrusion en terme de mètres de film, feuille ou tube ou de nombre d’objets finis par minute. Il est nécessaire d’atteindre le débit d’extrusion le plus élevé possible pour ces polymères qui sont produits chaque année par millions de tonnes. La situation est différente pour les plastiques techniques – polyamide (PA), polycarbonate (PC), et polyesters – dont les prix sont plus élevés (d’un facteur trois ou plus), et pour lesquels la valeur plus élevée de l’application finale peut permettre un processus plus lent d’extrusion. Le fonctionnement des extrudeuses à des débits élevés est cependant limité par l’apparition des défauts d’extrusion qui rendent l’application inacceptable. La déformation d’extrudat peut être considérée comme le résultat d’une instabilité d’écoulement. Toutefois, contrairement aux instabilités liquides classiques qui sont associées aux écoulements turbulents, les défauts d’extrusion apparaissent alors que l’écoulement des polymères fondus fortement visqueux est laminaire. La dissipation de l’énergie liée à la turbulence ne se produit pas dans le cas des polymères fondus, le nombre de Reynolds typique de 1 000 à 2000 pour l’initiation de la turbulence n’étant jamais atteint.
Dans la littérature anglo-saxonne, les défauts d’extrusion sont désignés généralement sous le nom de melt fracture, une terminologie inventée par John Tordella en 1956. Ses expériences d’extrusion des polyéthylènes, des polyacrylates, des polyamides et des polytétrafluoroéthylènes ont montré que, dans certaines conditions, les extrudats sont rugueux et que leur forme n’est pas conforme aux sections de la filière de l’extrudeuse . Le nom de « rupture d’extrudat » vient de l’observation de petites fissures dans l’extrudat, initiées...
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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
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1 Outils
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2 Événements
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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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