Présentation
Auteur(s)
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Bruno VERGNES : Ingénieur ENSTA - Docteur ès Sciences (université de Nice) - Maître de Recherche à l’École des mines de Paris
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Stéphan PUISSANT : Ingénieur ENSAM - Docteur en Science et Génie des Matériaux (École des mines de Paris) - Responsable du Centre de compétence packaging chez Alcatel Optronics
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’extrusion est de loin le plus important des procédés de mise en forme des polymères. Le principe de base de l’extrusion monovis est l’utilisation d’une vis sans fin, qui tourne à l’intérieur d’un fourreau cylindrique. Procédé continu, l’extrusion est utilisée pour fabriquer des produits finis ou des semi-produits de section constante (films, plaques, tubes, profilés…) par passage au travers d’un outillage appelé filière. Dans ce cas, les fonctions principales du procédé sont d’assurer la fusion du polymère solide, puis la mise en pression et le mélange du polymère fondu, afin d’alimenter dans de bonnes conditions la filière, qui donnera sa forme au produit fabriqué. L’extrusion est aussi utilisée, en dehors de la mise en forme, pour des étapes de granulation, de compoundage ou de polymérisation. L’extrusion arrive en tête devant l’injection et les autres procédés de transformation avec environ 1,7 million de tonnes de matières consommées par an (France, chiffres 1999).
Le principe même de l’extrusion est très ancien, si on le fait remonter à la vis d’Archimède, et a été largement utilisé depuis fort longtemps, en particulier dans le domaine alimentaire (fabrication de saucisses ou de pâtes alimentaires). Dans le cas des matériaux synthétiques, le procédé a été appliqué dès le début du XX e siècle au domaine du caoutchouc, puis s’est largement développé depuis dans celui des matières thermoplastiques.
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1. Présentation générale
1.1 Description générale et principe de fonctionnement
Le schéma de principe d’une extrudeuse monovis est présenté figure 1. Celle-ci comporte une vis sans fin V qui tourne à l’intérieur d’un fourreau cylindrique F, régulé en température par des systèmes de chauffe et de refroidissement. Le polymère sous forme solide (granulés, poudre) est introduit dans la trémie T située à une extrémité de la machine.
La principale fonction de l’extrudeuse est de convoyer le polymère, de le fondre et de le mettre en pression, pour qu’il puisse franchir la filière placée à son extrémité. D’un point de vue industriel, on cherche à obtenir à la sortie de la machine un débit régulier, avec un matériau homogène, à la température contrôlée, et des conditions de production satisfaisantes (débit maximal, consommation énergétique limitée). Pour cela, la compréhension des mécanismes mis en jeu, ainsi que leur modélisation sont un point capital.
D’après les observations qui ont été faites sur l’état du polymère dans la machine, on peut distinguer trois zones phénoménologiques :
-
la zone de convoyage solide, dans laquelle le polymère est entièrement solide ;
-
la zone de fusion, dans laquelle coexistent du polymère encore solide et du polymère déjà fondu ;
-
la zone de pompage, dans laquelle le polymère est totalement fondu.
L’énergie nécessaire à la fusion et à la mise en pression du polymère est issue de deux sources principales :
-
l’énergie mécanique, fournie par la rotation de la vis, qui engendre des déformations au sein d’un milieu très visqueux ;
-
l’énergie thermique, fournie par la régulation du fourreau.
Le rapport de ces deux termes est ce que l’on appelle le nombre de Brinkman :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DARNELL (W.H.), MOL (E.A.J.) - * - Soc. Plast. Engs. J., 12, p. 20 (1956).
-
(2) - VERGNES (B.) - Tribologie et mise en forme des polymères. - Matériaux et Techniques, 1, p. 33-36 (1993).
-
(3) - POTENTE (H.) - * - Kunststoffe, 75, p. 439 (1985).
-
(4) - MADDOCK (B.H.) - * - Soc. Plast. Engs. J., 15, p. 383 (1959).
-
(5) - TADMOR (Z.), KLEIN (I.) - Engineering Principles of Plasticating Extrusion. - Van Nostrand Rheinhold, New York (1970).
-
(6) - RAUWENDAAL (C.) - Polymer Extrusion. - Hanser, Munich (1986).
-
(7) - AGASSANT (J.-F.), AVENAS (P.), SERGENT (J.-P.),...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Extrud7-2000
Scientific Process and Research (USA) http://www.spar.com
REX
Université de Paderborn (Allemagne) http://www.ktpweb.de/ktpwebEnglish/software_rex.html
REM3D
Transvalor (France) http://www.transvalor.com/rem3d.php
Virtual Extrusion Laboratory‘ and Extrusion Calculator‘ Compuplast International Inc. (République Tchèque) http://www.compuplast.com
XimeX
Cemef et SCC (France) http://www.ximex.info
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
AMUT http://www.amut.it
Brabender http://www.brabender.com
Cincinnati...
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