Les Principes de base de la modélisation des procédés de Mise en Forme des Polymères

Abstract

National audienceDans le passé, le développement de nouveaux polymères était motivé par de nouvelles propriétés ou par des propriétés améliorées que l'on recherchait. On stipulait que les procédés de Mise en Forme s'adapteraient via quelques ajustements réalisés par une démarche d'essais-erreurs. Cela a fonctionné dans un certain nombre de cas, mais dans d'autres, on a découvert rapidement que ces nouveaux polymères, aux propriétés " merveilleuses " étaient très difficiles à mettre en oeuvre, soit parce que les pressions ou les couples nécessaires étaient incompatibles avec les machines de mise en oeuvre existantes, soit parce qu'ils présentaient des instabilités d'écoulement ou d'étirage à des vitesses de production incompatibles avec leur rentabilité économique. On se souvient à cet égard du développement des premiers Polyéthylènes metallocènes qui présentaient des défauts d'extrusion à des taux de cisaillement de l'ordre de quelques s-1. Plus récemment, les producteurs de polymères ont intégré le procédé dans le développement de leurs nouveaux matériaux en utilisant dés les premiers stades de leur développement des mini-machines de transformation (extrudeuses ou presses à injecter) qui permettent de discerner d'éventuels problèmes de mise en oeuvre avec quelques centaines de grammes de polymère. Malheureusement l'extrapolation à des machines de taille industrielle s'est révélée parfois hasardeuse , en particulier du fait que la " mise à l'échelle " n'obéit pas à la même homothétie selon que l'on considère les phénomènes mécaniques ou thermiques. C'est la raison pour laquelle la modélisation numérique, utilisée essentiellement dans le domaine de la conception des moules d'injection il y a une vingtaine d'années, pénètre aujourd'hui les différents secteurs de la plasturgie. Mais cela n'a un sens que dans la mesure ou les modèles numériques développés sont basés sur une analyse physique pertinente des phénomènes rencontrés dans une machine ou un outillage de mise en oeuvre. L'ambition de cet article est de donner quelques règles qui permettent d'adapter le modèle aux contraintes du procédé de mise en oeuvre et aux questions auxquelles on souhaite apporter une réponse, avant de les illustrer sur quelques exemples. Mais, tout d'abord, nous dressons un " état de l'art " rapide des procédés