Comode Achille Pirolley Lucas Chardonneau Yannis
Extrusion Polymère
Presentation
Sommaire
Historique & Principe
Matière première et comportement
Rhéologie et écoulement (dans la vis)
Applications
Défauts, instabilités et limites du procédé
Conclusion & Perspectives
Historique
-1797 : Joseph Brama, brevet en Angleterre, extrusion de métaux mous (plomb) à travers une filière.-Premières applications aux polymères (années 1930–1940) : apparition du PVC, du polystyrène, puis du polyéthylène. Adaptation des presses et des vis issues de l’industrie du caoutchouc. -Industrialisation et standardisation (années 1950–1960) -Développement de la rhéologie des polymères (années 1960–1980) : émergence de la rhéologie des polymères fondus, compréhension du comportement, pseudoplastique, viscoélastique, premières lois constitutives adaptées (loi puissance, modèles de Carreau, Cross…)-Extrudeuses avancées et contrôle du procédé (années 1980–2000) : développement des extrudeuses bi-vis (co-rotatives et contre-rotatives) extrusion réactive (polymérisation, compatibilisation in situ) -Période contemporaine (années 2000 – aujourd’hui) : recours massif à la simulation numérique (CFD non newtonienne), optimisation des filières par calcul, extrusion de composites chargé, nanocomposites, biopolymères.
Principe de fonctionnement
L’extrusion est la transformation d’une matière thermoplastique (poudre ou granulé) en un produit continu ayant un profil donné, par forçage à travers une filière, la matière étant préalablement ramollie par la chaleur.
Principe de fonctionnement
Procédé continu de transformation des thermoplastiques :-alimenté sous forme de granulés,-chauffé et fondu par apport thermique et mécanique, -mis sous pression, -forcé à s’écouler à travers une filière, -obtention d'un produit de section constante.
Matière première & fonctionnement
Polymères thermoplastiques Amorphes : PS (Polystyèrene), PMMA, PVC (Polychlorure de Vinyle), ABS Semi-cristallins : PE (LDPE, HDPE), PP, PA, PET Élastomères (souvent extrusion à froid suivie de vulcanisation) Matériaux chargés : Charges minérales (CaCO₃, talc, fibres de verre) Charges fonctionnelles (conductrices, retardateurs de flamme)
Matière première & fonctionnement
En dessous de Tg : comportement vitreux Au-dessus de Tg (et de Tm pour les semi-cristallins) : mobilité des chaînes comportement viscoélastique capacité à s’écouler sous contrainte Textrusion≫Tg
Rhéologie et écoulement
Les polymères fondus sont des fluides non newtoniens : Pseudoplastiques (shear thinning) → la viscosité diminue quand le taux de cisaillement augmente Viscoélastiques → stockage d’énergie élastique + dissipation visqueuse
Modèles rhéologiques utilisés (vues en cours pour certaines) : Loi de puissance (Ostwald-de Waele) Carreau-Yasuda Cross
Rhéologie et écoulement dans la vis
En extrusion, la vitesse de vis est généralement déterminée non pas par le débit seul, mais par un compromis entre le taux de cisaillement admissible du polymère, sa viscosité apparente et la dissipation visqueuse acceptable.
La dissipation visqueuse par cisaillement :
Donc plus la viscosité est élevée
la vitesse de vis est élevée
Le constructeur donne une plage de cisaillement ex : 50<γ˙<300 (s^−1)
Applications
Co-extrusion
Plusieurs matériaux extrudés simultanément Structures multicouches : Barrière gaz (EVOH) Protection UV
Esthétique / mécanique
Produits continus : Tubes et tuyaux (PE, PVC) Profilés (fenêtres, rails) Gaines et câbles électriques Films et feuilles (film soufflé, film cast)
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de surface : - La "Sharkskin" : Rugosité de surface périodique qui donne un aspect fissuré. - Lignes de filière ou "Die lines" :Rayures longitudinales continues
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de surface : - La fracture de l'écoulement ou "Melt Fracture" : Une déformation grossière de l'extrudat qui cause une forme de tire-bouchon ou distorsion sévère.
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de matière : - Les bulles et porosités : Présence de vide dans la matière
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de matière : - Les points noirs : Dégradation thermique (matière brûlée) due à un temps de séjour trop long ou une température trop élevée. - Les gels : Particules de haut poids moléculaire mal fondues ou contamination croisée
Défauts, instabilités et limite du procédé
L'extrusion possède 3 instabilités majeures : - Le Pompage (Surging) : C'est une variation cyclique du débit en sortie de filière, entraînant des variations de dimension (épaisseur/diamètre) sur le profilé.- Le Gonflement en sortie de filière (Die Swell) :Le plastique "gonfle" dès qu'il quitte la contrainte de la filière pour retrouver son état d'équilibre (mémoire élastique). Il devient un défaut s'il est instable ou mal calculé. - La Résonance d'étirage (Draw Resonance) : C'est une variation périodique du diamètre ou de l'épaisseur qui survient lors de l'étirage du polymère fondu entre la filière et le rouleau de refroidissement.
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les limites du procédé :
Conclusion et perspectives
Synthese :
- Un procédé mature mais exigeant : si le principe (vis + fourreau) est ancien, sa maîtrise repose sur une compréhension fine de la rhéologie.
- L'interaction Matière/Machine : le comportement du polymère sous contrainte de cisaillement et la géométrie de la vis sont indissociables pour obtenir un écoulement stable.
- Qualité et limites : la gestion des défauts (gonflement en sortie de filière, rupture de fondant) reste le défi majeur pour garantir la viabilité économique des applications industrielles présentées.
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Conclusion et perspectives
Perspectives :
- L'impératif écologique :L'extrusion est au cœur de l'économie circulaire. Le défi de demain est l'intégration des polymères recyclés dont la viscosité varie d'un lot à l'autre, ou des biopolymères qui sont souvent plus sensibles à la dégradation thermique.
- L'Industrie 4.0 (Digitalisation) : L'avenir réside dans le pilotage intelligent. Utilisation de la spectroscopie ou de capteurs de pression haute précision pour ajuster les paramètres en temps réel.
- Essais numériques : Prédire l'écoulement via des simulations numériques avancées pour réduire les essais d'outillage coûteux.
- L'Extrusion additive: l'extrusion sort des usines de grande série pour conquérir l'impression 3D, permettant de créer des pièces complexes impossibles à réaliser par extrusion classique.
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Extrusion Polymère
Yannis Traceur
Created on January 23, 2026
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Comode Achille Pirolley Lucas Chardonneau Yannis
Extrusion Polymère
Presentation
Sommaire
Historique & Principe
Matière première et comportement
Rhéologie et écoulement (dans la vis)
Applications
Défauts, instabilités et limites du procédé
Conclusion & Perspectives
Historique
-1797 : Joseph Brama, brevet en Angleterre, extrusion de métaux mous (plomb) à travers une filière.-Premières applications aux polymères (années 1930–1940) : apparition du PVC, du polystyrène, puis du polyéthylène. Adaptation des presses et des vis issues de l’industrie du caoutchouc. -Industrialisation et standardisation (années 1950–1960) -Développement de la rhéologie des polymères (années 1960–1980) : émergence de la rhéologie des polymères fondus, compréhension du comportement, pseudoplastique, viscoélastique, premières lois constitutives adaptées (loi puissance, modèles de Carreau, Cross…)-Extrudeuses avancées et contrôle du procédé (années 1980–2000) : développement des extrudeuses bi-vis (co-rotatives et contre-rotatives) extrusion réactive (polymérisation, compatibilisation in situ) -Période contemporaine (années 2000 – aujourd’hui) : recours massif à la simulation numérique (CFD non newtonienne), optimisation des filières par calcul, extrusion de composites chargé, nanocomposites, biopolymères.
Principe de fonctionnement
L’extrusion est la transformation d’une matière thermoplastique (poudre ou granulé) en un produit continu ayant un profil donné, par forçage à travers une filière, la matière étant préalablement ramollie par la chaleur.
Principe de fonctionnement
Procédé continu de transformation des thermoplastiques :-alimenté sous forme de granulés,-chauffé et fondu par apport thermique et mécanique, -mis sous pression, -forcé à s’écouler à travers une filière, -obtention d'un produit de section constante.
Matière première & fonctionnement
Polymères thermoplastiques Amorphes : PS (Polystyèrene), PMMA, PVC (Polychlorure de Vinyle), ABS Semi-cristallins : PE (LDPE, HDPE), PP, PA, PET Élastomères (souvent extrusion à froid suivie de vulcanisation) Matériaux chargés : Charges minérales (CaCO₃, talc, fibres de verre) Charges fonctionnelles (conductrices, retardateurs de flamme)
Matière première & fonctionnement
En dessous de Tg : comportement vitreux Au-dessus de Tg (et de Tm pour les semi-cristallins) : mobilité des chaînes comportement viscoélastique capacité à s’écouler sous contrainte Textrusion≫Tg
Rhéologie et écoulement
Les polymères fondus sont des fluides non newtoniens : Pseudoplastiques (shear thinning) → la viscosité diminue quand le taux de cisaillement augmente Viscoélastiques → stockage d’énergie élastique + dissipation visqueuse
Modèles rhéologiques utilisés (vues en cours pour certaines) : Loi de puissance (Ostwald-de Waele) Carreau-Yasuda Cross
Rhéologie et écoulement dans la vis
En extrusion, la vitesse de vis est généralement déterminée non pas par le débit seul, mais par un compromis entre le taux de cisaillement admissible du polymère, sa viscosité apparente et la dissipation visqueuse acceptable.
La dissipation visqueuse par cisaillement :
Donc plus la viscosité est élevée la vitesse de vis est élevée
Le constructeur donne une plage de cisaillement ex : 50<γ˙<300 (s^−1)
Applications
Co-extrusion Plusieurs matériaux extrudés simultanément Structures multicouches : Barrière gaz (EVOH) Protection UV Esthétique / mécanique
Produits continus : Tubes et tuyaux (PE, PVC) Profilés (fenêtres, rails) Gaines et câbles électriques Films et feuilles (film soufflé, film cast)
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de surface : - La "Sharkskin" : Rugosité de surface périodique qui donne un aspect fissuré. - Lignes de filière ou "Die lines" :Rayures longitudinales continues
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de surface : - La fracture de l'écoulement ou "Melt Fracture" : Une déformation grossière de l'extrudat qui cause une forme de tire-bouchon ou distorsion sévère.
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de matière : - Les bulles et porosités : Présence de vide dans la matière
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les défauts de matière : - Les points noirs : Dégradation thermique (matière brûlée) due à un temps de séjour trop long ou une température trop élevée. - Les gels : Particules de haut poids moléculaire mal fondues ou contamination croisée
Défauts, instabilités et limite du procédé
L'extrusion possède 3 instabilités majeures : - Le Pompage (Surging) : C'est une variation cyclique du débit en sortie de filière, entraînant des variations de dimension (épaisseur/diamètre) sur le profilé.- Le Gonflement en sortie de filière (Die Swell) :Le plastique "gonfle" dès qu'il quitte la contrainte de la filière pour retrouver son état d'équilibre (mémoire élastique). Il devient un défaut s'il est instable ou mal calculé. - La Résonance d'étirage (Draw Resonance) : C'est une variation périodique du diamètre ou de l'épaisseur qui survient lors de l'étirage du polymère fondu entre la filière et le rouleau de refroidissement.
Défauts, instabilités et limite du procédé
Les limites du procédé :
Conclusion et perspectives
Synthese :
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Conclusion et perspectives
Perspectives :
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