Academic literature on the topic 'Procédé d'extrusion'

Le but de cette étude est de proposer une loi de commande permettant de contrôler la qualité d'un polymère en sortie de filière d'une extrudeuse bivis corotative. Pour atteindre cet objectif, nous avons élaboré un modèle dynamique capable de prédire le comportement du système par rapport aux différentes variables d'actions (vitesse des vis, débit d'alimentation, puissances de chauffe des fourreaux et le rapport d'entrée monomère-amorceur).
La modélisation a été réalisée en adoptant une démarche mixte alliant l'aspect mécanique des milieux continus à celui du génie des procédés. Le schéma d'écoulement intrinsèquement à paramètres distribués, est approché par une cascade de réacteurs parfaitement agités avec reflux. Les caractéristiques de l'écoulement sont issues de la mécanique des fluides. Le modèle global est alors obtenu en écrivant sur chaque RCPA de la cascade les bilans d'énergie sur la matière, les fourreaux et les vis puis les bilans de masse globaux et par espèce.
Cette étape de modélisation a été suivie par une phase d'analyse dans le but de simplifier les phénomènes les moins influents sur l'évolution des variables d'état du procédé (température, pression, viscosité,...) puis par une étape de réduction de modèle.

Enfin, la synthèse de la loi de commande a été effectuée à partir du linéarisé autour d'un point de fonctionnement de ce modèle réduit. La technique de commande utilisée a été la synthèse Hinf, avec modèle de référence sur la trajectoire en viscosité. Cette synthèse a abouti à une loi de commande satisfaisante fonctionnant à la fois sur le modèle linéarisé mais aussi sur le modèle complet non linéaire au voisinage du domaine de fonctionnement.

L'extrusion, procédé classique de mise en forme des matières plastiques voit ses cadences de production limitées par l'apparition de défauts en surface des extrudats. Par ailleurs, des charges électriques peuvent aussi être générées sur cette même surface, entraînant des décharges électrostatiques intempestives ou induisant un vieillissement prématuré du matériau. Ce travail s'articule donc autour de ces deux problématiques liées au procédé d'extrusion que sont les défauts d'extrusion et la génération de charges électriques. Nous montrons qu'un modèle d'électrification par création d'une double couche ionique à l'intérieur de la filière et son transport par l'écoulement rend bien compte des résultats expérimentaux. L'électrification peut être calculée via deux grandeurs principales, le profil de charge électrique dans la filière et le profil de vitesse du fluide en écoulement. Pour le profil de charge, dans le cas des polymères, les approximations classiques ne peuvent être faîtes lors de la résolution des équations de transport. Dans le cas du profil de vitesse du fluide, l'importance de la prise en compte du caractère non-newtonien du comportement des polymères est démontrée ainsi que la nécessité de tenir compte d'une vitesse de glissement à la paroi pour l'interprétation des comportements électriques. Réciproquement nous pouvons évaluer une vitesse de glissement à partir de mesures de charges électriques en sortie de filière. Ceci nous permet de montrer le rôle primordial du glissement pour l'étude des mécanismes à l'origine des défauts d'extrusion. Ce travail propose une nouvelle méthode, simple à mettre en œuvre, de mesure des vitesses de glissement, même faibles
Extrusion is the most used process in the plastic industry. However, processability is limited by occurrence of flow defects. Another limitation arises from the generation of electrical charges trapped within the extrudate. These charges could induce a premature ageing of the material or electrical discharges. This work is focused on the extrusion process and its two limitations: extrusion defects and electrical charging. To modelise polymer flow electrification, we use the double layer theory: the electrification arises from the formation of an electrical double layer that is then convected by the flow. In this classical model, two main components are used for the calculation of the generated electric charge: the ionic charge density and the fluid velocity profiles in the pipe. We first show that the usual approximations used in the resolution of the charge transport equations are not valid in the polymer case due to their intrinsic electrical properties. For the fluid velocity profile, we demonstrate the importance of taking into account the non Newtonian behaviour of the polymer flow and the introduction of a slip boundary condition at the die wall. This new approach allows us to calculate the slip velocity at the wall thanks to electrical measurements. The crucial effect of slip boundary conditions on the extrusion defects was putted in evidence. We conclude about the importance of the slip velocity to understand defect mechanisms. This work proposes a simple new way to measure slip velocities of polymer melt at the die wall

Cette thèse présente une contribution originale à la compréhension et la maîtrise des mécanismes physico-chimiques qui contrôlent la mise en œuvre de l’acide poly (lactique) par le procédé d’extrusion film. Le premier chapitre de ce mémoire est consacré à une étude bibliographique sur les différents développements réalisés autour du PLA. Dans le chapitre 2, nous avons étudié le processus de cristallisation et la morphologie sphérulitique du PLA induite par le procédé d’extrusion film ainsi que l’effet de l’étirage à chaud sur les propriétés thermique du PLA. Dans le chapitre 3, le poly (éthylène glycol) a été utilisé pour améliorer la mise en oeuvre, la flexibilité et la ductilité des films de PLA. Aussi, la morphologie cristalline a été étudiée à l'aide de POM. En outre, nous avons montré que le taux de cristallisation du PLA plastifié a également contrôlé ses propriétés viscoélastiques et ses performances mécaniques finales
This thesis presents an original contribution to the understanding of physico-chemical mechanisms that control poly (lactic acid) casting film process. Firstly, A novel way using a polarized optical microscopy and statistical image analysis techniques for direct investigation of the crystallization kinetics and spherulitic morphology of poly (lactic acid) induced by casting process has been proposed as well as the effect of drawing in thermal properties of PLA. Secondly, poly (ethylene glycol) was used to improve process ability, flexibility and ductility of PLA casting films. Overall, we found that the crystallization rate of plasticized PLA has controlled its viscoelastic properties and final mechanical performance

L'extrusion-soufflage de pièces techniques est un procédé qui permet la réalisation de corps creux plastiques de formes complexes. L'objectif de notre travail est d'étudier le procédé appliqué à la fabrication des réservoirs à carburants pour l'automobile, afin de réaliser un logiciel de simulation du procédé et d'estimer l'apport d'un tel outil dans la chaîne de développement industriel d'un nouveau produit. Ce procédé met en jeu de nombreux phénomènes physico-chimiques (rhéologie des polymères fondus, changement de phase lors du refroidissement, grandes déformations, non linéarités matérielles et géométriques). Son étude et celle de ses principaux paramètres influents, nous ont permis de définir et de simplifier les hypothèses de simulation. Nous avons alors développé un logiciel "métier" basé sur la méthode des éléments finis, qui prend en compte les différentes phases et les différents outils du process. Nous avons choisi d'utiliser un schéma d'intégration dynamique explicite qui utilise les approximations de type différences finies, pour simuler la mise en forme rapide en grandes déformations. La paraison de forme cylindrique a été maillée par des éléments triangulaires de membrane. Le comportement du polymère a été modélisé par une loi hyperélastique de Mooney-Rivlin dont nous avons déterminé les constantes. Le contact moule-paraison a été supposé collant, géré par la méthode de pénalité. A travers les résultats obtenus nous avons validé les hypothèses retenues en ce qui concerne la répartition d'épaisseur du produit final. Grâce à des simulations sur des formes 3D de type réservoirs à carburants, nous avons mis en évidence l'apport de ce type de logiciel sur le calcul des paramètres process et la façon dont il peut intervenir dans le synoptique de conception d'un produit.

Dans le procède d'extrusion de film a plat, un polymère fondu est extrude a travers une filière plate puis étire dans l'air et enfin refroidi sur un rouleau thermostat. Au cours de l'étirage, on observe un rétrécissement latéral de la largeur du film ainsi qu'une diminution inhomogène de sa section. Au-delà d'une vitesse d'appel critique, on observe dans certains cas une instabilité d'étirage, appelée draw résonance, qui se manifeste par des fluctuations périodiques de l'épaisseur et de la largeur du film. Dans d'autres situations, c'est un phénomène de casse du film qui se produit. L'enjeu de notre étude consiste à comprendre la dynamique de formation du film plat afin de prédire d'une part, les phénomènes décrits précédemment, et les dimensions finales du film obtenu d'autre part. Nous avons développe des modèles de complexité croissante tant au niveau de la description cinématique de l'écoulement que de l'équation constitutive. Les modèles 1d (newtonien et viscoélastiques) permettent de mettre en ouvre la méthode de stabilité linéaire afin de prédire le phénomène d'instabilité périodique. Ces modèles constituent la première approche théorique qui prenne en compte simultanément les fluctuations de largeur et d'épaisseur du film. Ils permettent d'avancer que les polymères de haut niveau d'élasticité sont plutôt confrontes au problème de casse alors que les polymères de faible niveau d'élasticité sont plutôt confrontes au problème d'instabilité. Dans ce dernier cas, le modèle prédit que l'on peut jouer sur l'aspect géométrique du procède pour limiter le phénomène. Ces résultats sont en bon accord (qualitatif et quantitatif) avec ceux de notre étude expérimentale. L'utilisation stationnaire de ces modèles 1d permet d'obtenir des évolutions des dimensions finales du film avec les paramètres opératoires qui sont qualitativement très proches de l'expérience. La prédiction d'une section finale inhomogène nécessite la prise en compte d'une cinématique 2d. Cela conduit au développement d'un modèle de type membrane qui nécessite la mise en ouvre de méthodes de résolution par éléments finis adaptées à l'existence d'une surface libre et aux équations de transport. Ce modèle permet de retrouver avec une très bonne précision le profil de rétrécissement latéral et la section finale obtenus expérimentalement. L'influence marquante de la viscoélasticité du polymère sur les dimensions finales est mise en évidence. La loi de maxwell fournit ici des résultats d'une surprenante pertinence compte tenu du faible nombre de paramètres qu'elle met en jeu et de sa réputation discutable dans les écoulements en élongation. La simulation dynamique 2d confirme les tendances obtenues avec la méthode de stabilité linéaire et permet de prédire un déphasage entre fluctuations de largeur et d'épaisseur qui est cette fois en très bonne conformité avec les observations expérimentales

L'extrusion angulaire à section constante (Equal Channel Angular Extrusion de son nom anglophone) suscite, dans le monde de la recherche, une attention toute particulière ces dernières années. Ce procédé, développé par Segal en 1974, permet d'obtenir d'importantes déformations plastiques et met en évidence le durcissement du matériau jusqu'à sa limite théorique ainsi que le développement d'une microstructure très fine (formée de grains de taille submicronique (100nm). Un nouveau modèle analytique est présenté en utilisant une fonction de lignes d'écoulement pour décrire la déformation matérielle en ECAE. Validée par des calculs en éléments finis, cette nouvelle approche permet la simulation de textures cristallographiques avec l'aide de codes de plasticité polycristalline (autocohérent et Taylor). Des comparaisons détaillées ont été faites avec des textures expérimentales de matériaux tels que le cuivre ou l'aluminium pour différents chemins de déformation (route A, B et C, caractéristiques de l'ECAE). Il a été démontré que le nouveau modèle décrit mieux l'évolution des textures que d'autres approches comme celles du cisaillement discontinu. L'approche de lignes d'écoulement a également été incorporée dans un modèle basé sur la structure des cellules de dislocations du matériau afin de calculer l'écrouissage. Ce dernier a été entièrement modélisé de manière analytique jusqu'à de très grandes déformations. Les courbes d'écrouissage en ECAE présentent un maximum pour chaque passe dans le dispositif. Ce phénomène est lié à la variation de la vitesse de déformation lors du passage de l'échantillon dans la zone plastique
Equal channel angular extrusion (ECAE) causes a very detailed attention these last years. This process has developed by Segal in 1974 to achieve severe plastic deformation without changing the sample dimensions. By this technique the material can be hardened near to its theoretical limit, at the same time, a very fine microstructure develops (consisting of near nano-crystals). A new analytical model is presented by using a flow function to describe the material deformation in ECAE. Validated by finite element calculations, this new approach allows the simulation of crystallographic textures with polycrystalline plasticity approaches (two models were employed: self-coherent and Taylor). Detailed comparisons were made with experimental textures for copper and aluminium for various ways of deformation (route A, B and C, characteristic of the ECAE). It was shown that the new model describes the evolution of the textures better than earlier approaches like the model of discontinuous shearing. The flow line approach is incorporated into a hardening model based on the dislocation cell structure of the metal. In this way strain hardening is modelled in a fully analytic way up to large strains. The evolution of the crystallographic texture was taken into account with the help of Taylor factors obtained from self consistent viscoplastic polycrystalline simulations. The model calculations led to good agreements with the experimental curves for the material considered (OFHC copper)

Cette thèse porte sur le développement de procédés d'élaboration visant à améliorer d'une part, la ténacité des polymères techniques avec une diminution minimale en module et en contrainte d'écoulement et d'autre part, la conductivité électrique en présence d'une quantité minimale. Deux polymères techniques ont fait l'objet de l'étude concernant l'amélioration de la ténacité : le polyamide 6 (PA 6) et un copolyester (PETG). Le principe était de promouvoir la dispersion d'un élastomère, un poly(ethylene-co-octene) fonctionnalise avec l'anhydride maléique (poeg). Pour cela, on a diminue la disparité en terme de viscosité entre le polymère technique et l'élastomère en augmentant la viscosite du premier ou celle du second. La présence d'une faible quantité d'une résine epoxy a permis une meilleure dispersion du POEg dans le PA 6. Par conséquent, la transition fragile-ductile du PA 6 s'est déplacé a faible concentration en POEg, ce qui a limite la perte en module et en contrainte d'écoulement. La diminution de la viscosité du POEg avec l'ajout d'un polypropylene (PP), lui même fonctionnalise ensemble avec le POE, a aussi présenté un intérêt certain pour le PA 6 et le PETG, puisque le mélange fonctionnalise de poe et de pp s'est avéré plus efficace pour ameliorer la ténacité du PA 6 et celle du PETG que le POEg. Un procédé d'élaboration permettant d'obtenir des polymères techniques conducteurs a aussi été développé. Il s'agissait de disperser du graphite dans le PA 6 lors de la polymérisation in situ. La transition d'un isolant électrique (10 1 5 s/cm) à un semi-conducteur (10 4 s/cm) dépend étroitement du degré d'exfoliation et du facteur de forme (largeur/épaisseur) des feuillets du graphite dans le PA 6. Le seuil de percolation du graphite permettant cette transition à la température ambiante était de 1. 5% en poids, ce qui est nettement plus faible que la quantité du noir de carbone utilisée dans les composites polymères. La conductivité électrique du PA 6 a atteint 2 10 4 s/cm quand la quantité de graphite était de 3. 0% en poids.

Dans le procédé d'extrusion de tubes en polyamide 12, l'étape de calibration a une influence prépondérante sur les propriétés mécaniques résultantes. Lors de la calibration, le polymère fondu est tiré à travers un manchon cylindrique (calibre) situé dans un bac à eau sous vide. Le niveau de vide (dépression DP) est ajustable. Un débit d'eau (débit de suintement DSU) est appliqué à l'entrée du calibre et permet la formation d'un film d'eau qui lubrifie le contact tube/calibre. La calibration combine une trempe et un étirage des couches extérieures du tube, ce qui conduit à une orientation moléculaire importante dans cette zone (zone de peau). Par ailleurs, l'état de surface du tube est défini par les conditions de contact entre tube et calibre. La vitesse du polymère en entrée de calibre et l'épaisseur du film d'eau entre tube et calibre ont été mesurées. Nous avons ainsi montré qu'augmenter la lubrification dans le calibre amène à une diminution du taux d'étirage dans le calibre, taux noté DrCAL (rapport entre la vitesse de ligne et la vitesse en entrée de calibre). Niveau de lubrification et état de surface ont été corrélés par rugosimétrie. Par ailleurs, l'orientation des couches externes a été évaluée par des mesures de biréfringence. Une corrélation nette a été montrée entre la biréfringence en peau (DnPEAU) et DrCAL: réduire DrCAL conduit à une orientation plus faible en surface. Une modélisation thermomécanique a permis de déterminer la carte de température au cours du refroidissement, et de montrer de quelle manière les forces d'étirage se concentrent en peau lors de la cristallisation et génèrent des contraintes à l'origine de l'orientation dans le produit final. Enfin, DnPEAU et l'état de surface ont été reliés aux propriétés mécaniques: l'allongement à la rupture augmente lorsque l'orientation diminue et que le nombre de défauts de surface est limité. Connaissant les relations entre les paramètres du procédé, la structure des tubes, et les propriétés mécaniques, il est à présent possible d'adapter les paramètres de calibration de façon à augmenter le niveau de lubrification au sein du calibre et à réduire le taux d'étirage dans le calibre pour améliorer systématiquement les propriétés mécaniques résultantes.