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1 - DESCRIPTION GÉOMÉTRIQUE

2 - MODE DE FONCTIONNEMENT

3 - MODÉLISATION DES ÉCOULEMENTS

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : AM3652 v1

Description géométrique
Extrusion bivis contrarotatives

Auteur(s) : Bruno VERGNES

Date de publication : 10 janv. 2020

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RÉSUMÉ

Parmi les techniques d’extrusion, l’extrusion bivis contrarotatives est peut-être la moins connue et la moins répandue au niveau industriel, bien qu’elle soit inévitable dans certains domaines d’application, comme celui des profilés PVC. Le but de cet article est donc de présenter les différentes configurations rencontrées en pratique, de décrire leurs géométries, d’expliciter leur mode de fonctionnement et leurs principales applications, et enfin d’aborder les approches de modélisation qui ont été développées pour comprendre et optimiser ces procédés.

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ABSTRACT

Counter-Rotating Twin-Screw Extrusion

Among the various extrusion techniques, counter-rotating twin-screw extrusion is probably the least known and least widely used at the industrial level, although it is unavoidable in some application areas, such as the production of PVC profiles. The purpose of this article is to present the various configurations encountered in practice, to describe their geometries, to explain their mode of operation and their main applications, and finally to describe the modeling approaches that have been developed to understand and optimize these processes.

Auteur(s)

  • Bruno VERGNES : Docteur es Sciences - Conseiller scientifique - CEMEF, MINES ParisTech, PSL Research University, Sophia Antipolis, France

INTRODUCTION

L’extrusion, par la quantité de matières concernée, reste le premier procédé de transformation et de mise en forme des polymères. En fait, sous ce vocable très général, se retrouvent des applications et des procédés très différents. Les deux applications majeures sont la fabrication en continu de produits finis ou semi-finis de section constante (tubes, films, plaques, profilés, etc.) et la réalisation de matériaux complexes par mélange et compoundage (mélanges de polymères, composites et nanocomposites, etc.). Les deux principaux procédés d’extrusion diffèrent essentiellement par le nombre de vis : une vis unique pour l’extrusion monovis, deux vis pour l’extrusion bivis. L’extrusion monovis est majoritairement utilisée pour le premier type d’application. Dans le cas de l’extrusion bivis, on distingue encore deux catégories, en fonction du sens de rotation des vis. Les bivis corotatives sont les plus répandues et sont des outils privilégiés pour le compoundage. Les bivis contrarotatives sont moins courantes, mais présentent une plus grande variété de configurations géométriques, qui fait qu’on les retrouve aussi bien en production de tubes ou de profilés (principalement en PVC rigide) qu’en outil de mélange ou en extrusion réactive. Dans cet article, nous allons d’abord présenter en détail les différentes configurations rencontrées. Nous expliciterons ensuite leurs modes de fonctionnement (remplissage total ou partiel, mécanisme de fusion, mode de convoyage, etc.), avant d’introduire quelques aspects de la modélisation des écoulements dans ces différents systèmes.

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KEYWORDS

extrusion   |   polymers   |   plastics processing   |   twin-screw

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3652


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1. Description géométrique

1.1 Classification des systèmes

Le premier critère servant à définir les systèmes d’extrusion bivis contrarotatives concerne le niveau d’interpénétration des deux vis. On parlera de vis interpénétrées lorsque les filets d’une vis pénètrent le chenal de la vis voisine et de vis non interpénétrées dans le cas contraire. La figure 1 illustre ces deux situations.

Lorsque les vis sont interpénétrées, la section du fourreau à la forme d’un huit, comme dans le cas des extrudeuses bivis corotatives. Dans le cas contraire, les deux cylindres parallèles du fourreau sont reliés entre eux par une zone intermédiaire appelée apex, qui sera présentée en détail aux figures 6 et 7.

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1.1.1 Vis interpénétrées

Dans le cas des vis interpénétrées, on pourra encore distinguer les vis à filets larges, pour lesquelles l’épaisseur du filet est égale à la largeur du chenal (figure 2 a), de celles à filets étroits, pour lesquelles cette épaisseur est petite devant la largeur du chenal (figure 2 b). Dans le premier cas, cette géométrie, qui est dite autonettoyante, définit sur chaque vis des chambres en forme de C, quasi indépendantes, ce qui limite au maximum les échanges de matière entre les différentes chambres. C'est la configuration utilisée principalement pour l'extrusion du PVC rigide et la fabrication de tubes et de profilés. Dans le second cas, la matière peut au contraire passer très facilement d’une vis sur l’autre ou entre les deux vis.

Si les vis sont généralement cylindriques, on trouve également sur le marché des vis coniques (figure 3). Pour un débit identique, les vis coniques permettent d’avoir des taux de cisaillement plus faibles et décroissants le long du profil. En effet, à vitesse de rotation donnée, la vitesse linéaire au niveau du fourreau décroît quand le diamètre diminue. De plus, la conicité,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - JANSSEN (L.P.B.M. ) -   Twin Screw Extrusion.  -  Elsevier, Amsterdam (1978).

  • (2) - MARTELLI (F.) -   Twin Screw Extruders, a Basic Understanding.  -  Van Nostrand Reinhold, New York (1983).

  • (3) - WHITE (J.L.) -   Twin Screw Extrusion, Technology and Principles.  -  Hanser, Munich (1990).

  • (4) - SAKAI (T.) -   *  -  . – Gose Jushi, n° 29, p. 7 (1978).

  • (5) - BANG (D.S.), HONG (M.Y.), WHITE (J.L.) -   *  -  . – Polym. Eng. Sci., 38, p. 485 (1998).

  • (6) - LAFLEUR (P.G.), VERGNES (B.) -   Extrusion des Polymères.  -  Hermès, Paris (2014).

  • ...

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Principaux fabricants

    Bandera, Busto Arsizio, Italie

    https://www.luigibandera.com

    Battenfeld, Cincinnati, États-Unis

    https://www.battenfeld-cincinnati.com

    Bausano, Turin, Italie

    https://www.bausano.com

    Farrell Pomini

    https://www.farrel-pomini.com/

    Krauss-Maffei, Munich, Allemagne

    https://kraussmaffei.com

    Milacron, Cincinnati (Ohio), États-Unis

    https://www.milacron.com

    Reifenhäuser, Troisdorf, Allemagne

    https://www.reifenhauser.com

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