Littérature scientifique sur le sujet « Film étirable »

La conservation des fourrages préfanés et mi-fanés pressés en balles rondes enrubannées se développe rapidement en France et en Europe du Nord depuis la mise au point récente de films plastiques étirables de qualité et de machines permettant l’enrubannage automatisé. La valeur alimentaire pour des génisses laitières de 1 an de ces fourrages a été comparée durant 2 hivers successifs à celles des ensilages coupe fine et directe avec et sans conservateur et des foins correspondants. La qualité de conservation des fourrages enrubannés augmente avec la teneur en matière sèche et devient excellente quand cette teneur est supérieure ou égale à 50-55 %. Dans ces conditions leur valeur alimentaire (quantité ingérée, indice de consommation) est équivalente à celle des ensilages à l’acide formique et est légèrement supérieure à celle des foins correspondants récoltés dans d’excellentes conditions et surtout à celle des ensilages directs sans conservateur. Ces essais ont en outre permis de mettre en évidence l’intérêt, pour les fourrages de prairies naturelles, d’une récolte à un stade précoce (début épiaison) d’un conservateur à base de bactéries lactiques et d’enzymes cellulolytiques associé à une petite quantité de mélasse, et de la distribution d’une petite quantité d’azote peu dégradable aux animaux recevant des ensilages directs sans conservateur.

De nos jours, la protection des produits pendant le transport est devenue essentielle étant donné l'augmentation drastique de l'import-export. Par conséquent, le banderolage, utilisé pour stabiliser et protéger les palettes de marchandises, est fondamental. Le matériau le plus couramment utilisé pour les films de banderolage est le polyéthylène linéaire basse densité (PE-BDL). Cependant, l'écologie est devenue un enjeu majeur pour le monde. L'éco-conception du film est souhaitée pour une moindre masse de plastique sur la palette, tout en préservant la stabilité de la charge. Ce travail de thèse concerne donc l'optimisation de la stabilité de charge en fonction des propriétés des matériaux de banderolage et des sollicitations mécaniques du transport en vue de réduire la quantité de plastique utilisée. Des films manuels et mécaniques ont été analysés. L'anisotropie des matériaux a été étudiée. La caractérisation du matériau basée sur des tests mécaniques (traction, relaxation, hystérésis et fluage en fatigue) et morphologiques avec une analyse DSC, IR et DRX. La caractérisation du banderolage et l’importance de ses paramètres ont également été analysés. L'effet de la vitesse de banderolage, de la fatigue du matériau et de l’accélération subie lors du transport, ont été des facteurs influents sur les propriétés du film. La morphologie s'est avérée affectée par le processus de banderolage, montrant des changements dans la cristallinité. L’étude montre l'importance des paramètres de banderolage et des contraintes du transport sur la morphologie du film étirable sur la palette et donc sur la stabilité de la charge
Nowadays, protecting products during transportation has become essential as import-export increased drastically. Therefore, the wrapping used to stabilize and protect pallets of goods is fundamental. The most commonly used material for wrapping films is linear low density polyethylene (LLDPE). However, ecology has become a major issue for the world. The eco-design of the film is desired for a lower mass of plastic on the pallet, while preserving the stability of the load. Therefore this thesis work concerns the optimization of load stability according to the properties of the wrapping materials and the mechanical stresses of transport in order to reduce the weight of plastic used. Manual and mechanical films were analyzed. The anisotropy of materials was studied. The characterization of the material was performed through mechanical tests (traction, relaxation, hysteresis and fatigue creep) and morphological tests with DSC, IR and XRD analysis. The characterization of the wrapping and the importance of its parameters were also investigated. The effect of wrapping speed, LLDPE fatigue and acceleration experienced during transport were found to affect significantly the film properties. Films morphology was found to be affected by the wrapping process, showing changes in crystallinity. The study showed the importance of wrapping parameters and transport constraints on the morphology of the stretch film on the pallet and therefore on the stability of the load

Avec le développement des objets connectés et de l’IoT (Internet of Things), le suivi en continu des paramètres corporels et la miniaturisation extrême des équipements de mesures deviennent de réels enjeux de société. Parallèlement, les dispositifs à ondes élastiques de surface (dispositifs SAW), largement utilisés dans les télécommunications pour leur propriété de filtrage, connaissent aujourd’hui un essor pour leur fonction de capteur. C’est précisément dans ce contexte, à l’interface entre l’électronique sur peau et la micro-acoustique que se situe ce sujet de thèse. L’objectif est de développer un capteur de température sans fil qui associe un dispositif basé sur la technologie des ondes élastiques à des antennes étirables. L’utilisation d’une structure à ondes confinées (WLAW) et un choix de matériaux appropriés permettent ensuite de supprimer le besoin d’encapsulation du dispositif. Au format ultrafin et ultrasouple, l’ensemble peut être « tatoué » harmonieusement sur la peau. Une grande partie du travail est consacrée à l’élaboration de dispositifs autoprotégés et à leur optimisation par le biais de différentes stratégies (développement de matériaux en couches minces, designs). L’interrogation à distance est démontrée en utilisant des antennes étirables réalisées par transfer printing
With the development of Internet of Things (IoT), the continuous monitoring of the human body parameters and the extreme miniaturization of devices are becoming major societal challenges. At the same time, surface acoustic wave devices (SAW devices) who are widely used in telecommunications for filtering are booming for their sensor function. It is precisely in this context, between the field of epidermal electronics and micro-acoustics that lies this thesis project. The goal is to develop a wireless temperature sensor that combines a device based on the acoustic wave technology with stretchable antennas. The use of a confined wave structure (WLAW) and a choice of suitable materials remove the need for encapsulation in the device. In the ultrathin and ultra-soft flexible format, the device can be harmoniously “tattooed” on the skin. A significant part of the work is focused on the development of the packageless devices and their optimization through different strategies (development of thin-film materials, designs). The remote interrogation is demonstrated using stretchable antennas made by transfer printing

Les films plastiques d’emballage sont constitués de polymères semi-cristallins, éventuellement associés en multi-couches pour bénéficier conjointement des avantages de chacune d’entre elles. Leurs performances mécaniques pouvant être améliorées par étirage mono- ou bi-axial, on s’intéresse à la modélisation du comportement (à chaud) de ce type de matériaux. A partir d’observations micro-structurales et de résultats expérimentaux en traction uniaxiale et biaxiale, un modèle original à trois phases (qui se distinguent par la distance moyenne entre blocs cristallins) est développé pour la prédiction du comportement de ces films sous diverses sollicitations en grandes déformations élastoplastiques. Outre la phase « cristalline » et la phase « amorphe » représentées respectivement par une loi de comportement élastoplastique standard et un modèle hyperélastique de type 8-chaînes, la phase intermédiaire permet, par l’introduction d’un coefficient multi-axial, de prendre en compte l’effet d’enchevêtrement au sein du matériau et d’expliquer les différences significatives relevées expérimentalement entre les comportements uniaxial et biaxial.Le modèle est calibré à partir des essais uniaxiaux dans le cas du PA6 et du PE, puis validé pour ces deux matériaux ainsi que leurs assemblages multi-couches en comportement uniaxial et équi-biaxial. Le modèle est implanté dans un code de calcul par éléments finis pour permettre de nouvelles validations sur les problèmes structuraux de « plaque trouée » et de propagation de fissure, et ainsi valider à nouveau la robustesse du modèle 3-phases
Shrink wrap films are composed of semi-crystalline polymers, possibly combined in multi-layers in order to benefit from the advantages of each of them. This work deals with the modeling of the mechanical behavior (under heat) of such materials in order to predict the improvement of their mechanical capabilities with uniaxial or biaxial drawing. From micro-structural observations and experimental results in uniaxial and biaxial stretching, an original model including three phases (which differ by the average distance between crystalline blocks) is developed for the prediction of the behavior of these films under various solicitations in finite elastoplasticity. In addition to the “crystalline” phase and the “amorphous” phase represented by a standard elastoplastic constitutive law and the classical 8-chain model, respectively, the intermediate phase allows one to take into account the effect of entanglements in the material and to explain the main differences, experimentally observed, between the uniaxial and biaxial behaviors.The model is calibrated from uniaxial tests in the case of PA6 and PE, and then validated for these two materials as well as multi-layer films for the uniaxial and equi-biaxial behaviors. The model is implemented in a finite element software in order to perform structural applications, such as the open hole test and the crack propagation, and validate again the efficiency of our 3-phase model

Des films cellulaires pour usage piézoélectrique ont été développés par étirage bi-axial suivi d’un gonflement contrôlé à partir de films composites en polypropylène (PP) chargés de particules minérales: carbonate de calcium (CaCO3) et talc. Afin d’atteindre des propriétés piézoélectriques convenables, la morphologie cellulaire des films a été basée sur une revue de littérature pour l’épaisseur (b) des cellules, leur aspect (a/b) défini par le rapport entre leur longueur (a) et leur épaisseur (b), ainsi que l’épaisseur (t) de leurs parois. De façon à évaluer l’impact de la taille des particules, de leur concentration, de leur forme et de la température d’étirement sur la morphologie cellulaire de films, des échantillons ont été produits en extrudant des feuilles de 0,9 mm de PP/CaCO3 (12 μm, sphérique), PP/CaCO3 (6 μm, sphérique), PP/CaCO3 (3 μm, sphérique) et PP/talc (10 μm, plat). Ces feuilles ont été ensuite étirées bi-axialement à des températures de 152, 155, 158 et 160°C à un taux d’étirement de 2,4 m/min. Suite à l’étirement bi-axial, des épaisseurs de films variant entre 40 et 120 μm ont été obtenues. Les films ont ensuite subi un traitement d’expansion (diffusion d’azote à 130°C) afin de gonfler les cellules. L’analyse d’images obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB) a servi à quantifier la morphologie cellulaire. Les résultats obtenus ont montré que les films de PP/CaCO3 (3 μm) n’ont pas donné de cellule, alors que ceux de PP/CaCO3 (12 μm) étirés à 152°C ont donné les meilleures morphologies cellulaires à des concentrations massiques de 35%. Ces «meilleures» morphologies correspondent à t = 3,6 μm, a/b = 5,6 et b = 13,6 μm. La valeur de la contrainte ultime lors de l’étirement s’est avérée proportionnelle à la quantité et à la qualité des cellules produites. Finalement, le ratio d’étirement, auquel la contrainte ultime est atteinte, est constant à environ 3,3, peu importe la taille des particules, leur concentration ou la température d’étirement. Ceci suggère que la matrice et la vitesse d’étirement sont responsables de la modulation du ratio d’étirement auquel la délamination matrice-particules se produit. Les travaux ont démontré que la concentration et la taille des particules sont inversement proportionnelles à l’épaisseur des parois cellulaires proportionnelles, au nombre de cellules observées et à la hauteur de ces cellules. L’abaissement de la température d’étirement a pour effet d’amplifier les effets respectifs associés à la taille et à la concentration des particules.
Piezoelectric cellular films have been developed, by bi-axial stretching followed by controlled cell inflation, from composite polypropylene (PP) films filled with mineral particles of calcium carbonate (CaCO3) and talc. An exhaustive literature review was done to identify the optimum values for the parameters describing the cellular structure promoting piezoelectricity. The most important morphological parameters associated with the structural stiffness of the films, which is inversely proportional to the piezoelectric coefficient, are: cell aspect ratio (a/b), cell thickness (b) and cell wall thickness (t). To optimize the cellular structure created during the bi-axial stretching step, PP films filled with CaCO3 and talc particles of different sizes and shapes were stretched at different temperatures and then underwent a gas diffusion expansion to improve the cell morphology. Initially, 0.9 mm sheets of PP/CaCO3 (12 μm, spherical), PP/CaCO3 (6 μm, spherical), PP/CaCO3 (3 μm, spherical) and PP/talc (10 μm, platy) were extruded before being bi-axially stretched at 152, 155, 158 and 160°C under a stretching rate of 2.4 m/min in both directions. The gas diffusion expansion treatment of the resulting films was done with nitrogen at 130°C. The cell morphology analysis was done from scanning electron microscopy (SEM) images to quantify a/b, b and t. It was observed that films made of PP/CaCO3 (3 μm) did not yield any cells. However, those made from PP/CaCO3 (12 μm) and stretched at 152°C had the best cellular structure when the CaCO3 concentration was 35% wt. The best morphology (t = 3.6 μm, a/b = 5.6 and b = 13.6 μm) was achieved within the targeted values to optimize piezoelectric properties. It was found that the ultimate stress during stretching depends on the cellular quality of the resulting film and that, independent of the size of CaCO3 or talc particles, their concentration or the stretching temperature. It was also observed that the stretching ratio at which the ultimate stress was obtained was always around 3.5. This suggested that both the stretching speed and the polymer matrix were responsible for the stretching ratio at which delamination occurs. As expected, particle concentration and their size were shown to be inversely proportional to cell wall thickness, but proportional to the number of cells observed and to their height. Decreasing the stretching temperature amplified the respective effects of the cell morphology associated with particles size and concentration.

Des conducteurs renforces nanocomposites cuivre/niobium et cuivre/tantale ont ete elabores par etirage pour le developpement des bobines resistives de champs magnetiques pulses intenses, dont le cahier des charges impose une limite elastique maximale pour supporter les contraintes crees par les forces de lorentz et une conductivite electrique elevee pour une duree d'impulsion prolongee. L'etude de l'effet de la deformation et des basses dimensions a ete menee en parallele : - sur les proprietes mecaniques, en faisant appel aux techniques post-mortem de microscopie electronique (en transmission et haute resolution), atomique (sonde tomographique 3d) ainsi qu'a la technique de deformation in-situ en microscope electronique, revelant les mecanismes de la deformation dans ces nanostructures. La modelisation du comportement des dislocations a permis de simuler les proprietes mecaniques et de determiner les parametres structuraux d'optimisation. - sur la conductivite electrique afin d'en determiner les parametres d'optimisation. Ces parametres ont permis d'elaborer des conducteurs composes d'une matrice de cuivre contenant 52. 2 millions et 4. 4 milliards de nanowhiskers de niobium aux proprietes extremes. Parallelement, l'etude du systeme cuivre/tantale a revele des problemes de compatibilite de deformation dus a la difference de modules de cisaillement et caracterises par le developpement d'une rugosite interfaciale macroscopique menant a la fracture prematuree du tantale. Ce phenomene a ete etudie theoriquement et experimentalement selon le formalisme des instabilites de grinfeld. L'etude de deux modes de deformation (etirage et extrusion) a permis de definir une methode d'elaboration permettant l'elaboration de nanocomposites cuivre/tantale.

L'évolution de la microstructure de films de poly(éthylène téréphtalate) (polymère thermoplastique amorphe et cristallisable) a été étudiée lorsqu'ils sont soumis à un traitement mécanique (mono ou bi-étirage) et à un traitement thermique. L'étirage est effectué entre les températures de transition vitreuse et de cristallisation. A partir d'une valeur critique du taux d'étirage (2,8), il apparaît une phase cristalline induite. L'évolution de la texture cristalline a été étudiée par diffraction des rayons X (Debye-Scherrer et figures de pôles). Les chaines s'orientant selon la/les direction/s d'étirage, les figures de pôles montrent le développement d'une forte texture de fibres. De plus, dans le cas des films bi-étirés, les plans cristallins les plus denses s'orientent parallèlement aux faces des films. Dans tous les cas, la taille des cristaux induits par l'étirage est plus petite que celle des sphérolites initiés par le chauffage. Les différents films ont été étudiés par analyse enthalpique différentielle, analyse mécanique dynamique et courants de dépolarisation thermostimulés. Il a été mis en évidence l'existence d'une phase supplémentaire mésomorphe (à partir d'un taux d'étirage égal à 2). Cette phase amorphe rigide prend naissance dans la phase amorphe. Elle est transformée en une phase cristalline anisotrope si le matériau subit une contrainte mécanique ou thermique supplémentaire. L'analyse thermique des films pré-cristallisés par étirage, ayant des taux d'étirage inférieurs à 4,2, montre l'existence d'une cristallisation supplémentaire initiée par la chaleur. L'influence de l'étirage sur la topologie de la phase amorphe a également été étudiée. Nous avons mis en évidence l'existence de deux relaxations apparaissant a des températures inférieures à la température de transition vitreuse. L'analyse par courants de dépolarisation thermostimulés montre que l'augmentation du taux d'étirage s'accompagne d'une localisation de la mobilité moléculaire

Le principal objectif de cette thèse est de définir les conditions d’obtention de nanocomposites sous forme de fils de polyéthylène téréphtalate chargés dont la capacité d’absorbant hyperfréquence est exaltée dans le domaine 300 MHz à 3 GHz. Le procédé de fabrication de fil repose sur une technique d’extrusion qui a été adaptée de l’échelle industrielle vers l’échelle du laboratoire.Cet objectif principal se subdivise ainsi en plusieurs objectifs secondaires :Rationalisation et compréhension du procédé d’extrusion à l’échelle industrielle : les paramètres expérimentaux de la ligne d’extrusion ont été établis empiriquement par un industriel. Ces valeurs paramétrées de températures et de vitesses conditionnent ainsi la résistance mécanique et le diamètre du fil produit. Un des problèmes récurrents dans la plasturgie est la variabilité des lots de matière première et l’ajustement des paramètres expérimentaux qui en découlent. L’influence de chacun de ses paramètres sur les caractéristiques physico-chimiques du fil à chaque étape de la ligne est actuellement inconnue des industriels. Une compréhension de ces paramètres expérimentaux pourrait permettre un ajustement plus simple de ceux-ci en fonction des lots et une optimisation du procédé d’extrusion.Étude de l’homothétie entre la réplique miniature et la ligne d’extrusion originale : la ligne d’extrusion de laboratoire a été créée à partir du modèle de la ligne d’extrusion industrielle. Les dimensions ont ainsi été réduites et la disposition des différents éléments a été adaptée. Ce redimensionnement pose le problème de la réelle homothétie entre les deux lignes. Des critères de conformité seront ainsi établis pour permettre une comparaison entre les deux lignes.Étude de la matière polyéthylène téréphtalate : l’objectif est d’étudier les différentes transitions de phases d’un polymère semi-cristallin pouvant se produire lors du procédé d’extrusion. Les mécanismes de cristallisation et la nature des cristallites qui sont formées sont effectivement déterminants pour la tenue mécanique du fil ciblée par l’industriel.Blindage électromagnétique et permittivité diélectrique : les processus et les grandeurs physiques à l’origine de l’interaction d’une onde électromagnétique avec un matériau permettront d’aboutir aux propriétés physiques ciblées pour le blindage électromagnétique. La permittivité diélectrique et notamment la partie imaginaire relative aux pertes est une grandeur déterminante pour notre application.Nanocomposites pour le blindage électromagnétique : une étude bibliographique approfondie permettra de déterminer une liste d’additifs potentiels pour le blindage électromagnétique. Cette étude se focalisera sur les matériaux compatibles avec la nature de la matrice polymère polyéthylène téréphtalate. L’axe de recherche principal portera sur les matériaux absorbants dans la gamme des hyperfréquences.Étude du niveau de blindage électromagnétique apporté par les charges : des échantillons de polyéthylène téréphtalate vierge et chargés, sous forme de plaques, permettront de chiffrer l’efficacité de blindage électromagnétique avec un dispositif de mesure créé au laboratoire.Conception de fil conformément aux attentes de l’industriel : un des objectifs ciblés est de réussir à transposer les paramètres d’extrusion de fil de polyéthylène téréphtalate à un fil de nanocomposite chargé. Ceci passera par une étude complète des caractéristiques physico-chimiques et des mécanismes de cristallisation.Enfin, un des objectifs ciblés par cette thèse est de proposer aux industriels une technique d’analyse fiable, simple et rapide pour caractériser et identifier leurs produits
The main objective of this thesis is to define the conditions for manufacturing a nanocomposites in the form of charged polyethylene terephthalate wires suitable for an electromagnetic shielding. The wire manufacturing process is based on an extrusion technique that has been adapted from the industrial scale to the laboratory scale.This main objective of this study is then subdivided into several secondary objectives:Rationalization and understanding of the extrusion process on an industrial scale: the experimental parameters of the extrusion line were established empirically by an industrialist. These parameterized values of temperatures and drawing rates thus condition the mechanical strength and the diameter of the wire produced. One of the recurring problems in the plastics industry is the variability of batches of raw material and the adjustment of experimental parameters that results. The influence of each of its parameters on the physicochemical characteristics of the wire at each step of the line is currently unknown to industrialists. An understanding of these experimental parameters could lead to a simpler adjustment of these parameter and to an optimization of the extrusion process.Study of the homothety between the miniature replica and the original extrusion line: the laboratory extrusion line was created from the model of the industrial extrusion line. The dimensions have been reduced and the layout of the various elements has been adapted. This resizing poses the problem of the real homothety between the two lines. Compliance criteria will be established to allow a comparison between the two lines.Study of the polyethylene terephthalate material: the objective is to study the different phase transitions of a semicrystalline polymer that may occur during the extrusion process. The crystallization mechanisms and the nature of the crystallites that are formed are indeed determining for the mechanical strength of the yarn targeted by the manufacturer.Electromagnetic shielding and dielectric permittivity: the processes and the physical quantities at the origin of the interaction of an electromagnetic wave with a material will lead to the targeted physical properties for the electromagnetic shielding. The dielectric permittivity and in particular the imaginary part relating to losses is a determining variable for our application.Nanocomposites for Electromagnetic Shielding: An in-depth literature review will determine a list of potential additives for electromagnetic shielding. This study will focus on materials compatible with the nature of the polyethylene terephthalate polymer matrix. The main research focus will be on absorbent materials in the microwave range.Study of the level of electromagnetic shielding provided by the charges: samples of raw polyethylene terephthalate and loaded, in the form of plates, will be used to quantify the electromagnetic shielding effectiveness with a measurement device created in the laboratory.Wire manufacturing at the laboratory scale : one of the targeted objectives is to successfully transpose the extrusion parameters of polyethylene terephthalate wire to a loaded nanocomposite wire. This will go through a complete study of physicochemical characteristics and crystallization mechanisms.Finally, one of the objectives targeted by this thesis is to offer manufacturers a reliable, simple and fast analysis technique to characterize and identify their products