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République Algérienne Démocratique et populaire Ministère de l'éducation et de

République Algérienne Démocratique et populaire Ministère de l'éducation et de la recherche scientifique Université Moustapha Ben Boulaide- Batna2 Département de mécanique MASTER 1 MMTH TECHNIQUE DE FABRICATION CALANDRAGE L’étudiant : YAKOUBI ALI Professeur : A.BOUSSAHA Année scolaire 2020/2021 Introduction Le calandrage est un procédé de fabrication de feuilles (> 100 µm) ou de films (< 100 µm) en polymères par écrasement de la masse plastique fondue entre plusieurs cylindres chauffés et entraînés mécaniquement. Cette technologie est très ancienne, un brevet US (n 16) de 1836 revendique le calandrage du caoutchouc. Le calandrage s’est développé conjointement avec le PVC [poly (chlorure de vinyle)] à partir des années 1940. Aujourd’hui encore le PVC reste le polymère le plus transformé par calandrage bien que d’autres polymères puissent être calandrés : les élastomères, les alliages d’élastomères (par exemple : Santoprène, Alcyne), le polyéthylène chloré, le polyéthylène chlorosulfoné (par exemple : Hypalon) ; et certains polymères poly oléfiniques [polyéthylènes basse densité (PEBD), copolymères éthylène propylène, éthylène vinylacrylate (EVA), polypropylène (PP) ...]. Comparativement aux procédés d’extrusion-soufflage et d’extrusion à travers une filière plate, qui permettent également de produire des films et des feuilles de matières thermoplastiques, le calandrage se différencie par : Un niveau d’investissement beaucoup plus important, typiquement d’un facteur 20 ; des débits très élevés : de 2 t/h à 6 t/h selon que l’on transforme du PVC rigide ou du PVC plastifié chargé. Ces chiffres sont 3 à 4 fois plus élevés que ceux obtenus par extrusion filière plate et 2 à 3 fois plus élevés que par extrusion-soufflage ; des largeurs importantes : 4 000 mm sans étirage pour les feuilles, ou avec étirage pour les films. Ces largeurs sont comparables à celles obtenues par extrusion soufflage ; une très bonne qualité des films et feuilles, c’est-à-dire : planéité, profil, fini de surface, stabilité dimensionnelle ; une gamme d’épaisseur plus restreinte (50 µm pour le PVC rigide à 1,3 mm pour le PVC plastifié chargé) qu’en extrusion (10 µm en extrusion-soufflage ou extrusion filière plate plus étirage à 2 mm pour l’extrusion avec filière plate). On peut donc dire que calandrage et extrusion se complètent : le calandrage est bien adapté aux productions de grandes séries où l’on recherche à la fois qualité et débit ; l’extrusion, qui peut être facilement dimensionnée à la taille des séries, est surtout recherchée pour sa polyvalence (pratiquement tous les polymères thermoplastiques peuvent s’extruder). En Europe de l’Ouest, la consommation annuelle de PVC est d’environ six millions de tonnes (d’après l’Européen Council of Vinyle Manufacturer : 1997). Le calandrage représente environ 18 % de la totalité des procédés de transformation du PVC, les principaux marchés des produits calandrés étant l’emballage rigide (films thermoformés), les revêtements de sols et de toitures, les films pour la maroquinerie, l’automobile, les revêtements textiles... Dans ce qui suit nous évoquerons uniquement le calandrage du PVC. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT La matière à calandrer se compose de résine，de plastifiants，de charges et autres adjuvants (co mme les stabilisants，les colorants，les lubrifiants，etc…）correspondant à la formulation du produit。 Ce mélange passe d'abord par le malaxage et le préchauffage。Dans le cas du PVC la matière passe d'abord par un mélangeur Interne et ensuite par un mélangeur à cylindres，d'où elle sort sous forme d'un ruban gélifié ou de morceaux de crêpe qui alimente，par un convoyeur la calandre。 Un séparateur magnétique détecte les éventuelles impuretés métalliques qui peuvent endom- mager gravement les cylindres de la machine。 Le mélange passe ensuite par un ensemble de cylindres chauds pour en sortir sous forme d’un large feuille refroidie sur les tambours。 Ce passage par passes successives entre les cylindres est indispensable pour chasser toutes les bulles d'air emprisonnées dans le film。 Pendant cette opération les bords de la feuille sont cisaillés des deux côtés par un dispositif à couteau rotatif。 Un appareil de contrôle d'épaisseur vérifie en continu le film qui est dirigé vers l'enrouleur de produit fini。 Si on donne à la surface un dessin spécial，la feuille encore chaude passe entre le cylindre graveur et le cylindre presseur。 3- CALANDRE L'élément principal dans la ligne de fabrication est constitué par la calandre。C'est une machine de grande production，lourde，mais précise，consommant beaucoup d'Energie et exigeant beaucoup de place ; son prix est considérable et son entretien et son fonctionnement exige des personnels tris compétent。 La machine se compose d'un bâti tris robuste qui comporte des paliers de 3 à 6 cylindres placés horizontalement。 Les deux premiers cylindres entraînent la matière，l'écrasent et l'aplatissent pour la laisser passer à travers le jeu entre les cylindres qui lui donnent la forme d'une feuille ou d'un film。 Cette action est amplifiée par l'effet de friction que donne la différence de vitesse des deux premiers cylindres（de 1 / 1,1a 1 / 1,5）。 La matière qui adhère au cylindre le plus chaud est introduite dans l'entre-rouleau suivant，c'est-à-dire entre le deuxième et le troisième cylindre，etc… jusqu'à obtenir l'épaisseur finale entre les deux derniers。Ceux-ci tournent sans friction et leur vitesse est légèrement supérieure aux premiers cylindres d'où un étirement et une orientation du film calandra. Les types de calandrage Il existe trois grands types de calandrage : la lisse, le soft calandrage et le supercalandrage. Leur grande différence réside dans le nombre de nips (nombre de passage du papier entre deux rouleaux) et dans la nature des rouleaux. Ces différentes techniques de calandrage permettent d’obtenir du lissé et du brillant au détriment de la main. 1 - La lisse La lisse est constituée de deux rouleaux durs. Cette technique ne donne pas en général les meilleurs résultats. En effet, malgré l’obtention d’un papier ayant une apparence impeccable, possédant une épaisseur constante, la non-uniformité de la densité peut conduire à des problèmes d’impression. Ceci est essentiellement dû à un problème de limitation de la charge linéique du lissé (120 kg/cm) et cela malgré les diverses possibilités de chauffage. Son principal avantage est qu’elle est située sur machine. Utilisée historiquement pour le papier journal, elle tend de plus en plus à être remplacée par la soft calandre. 2 - La soft calandre Les soft calandres existent depuis une quarantaine d’années mais elles ont commencé réellement à être développées et exploités vers les années 80. Contrairement à une lisse, la feuille passe entre un rouleau dur et un rouleau mou recouvert d’un revêtement en élastomère. Le fluage de l’élastomère crée un phénomène de minivague dans la zone de pincement (nip). Dans le cas du soft calandrage, on exerce des pressions moins importantes sur les fibres, de ce fait on rencontre des largeurs de nips plus grandes afin d’équilibrer. Ceci implique qu’il est impossible de récupérer les défauts d’uniformité d’épaisseur comme dans le cas des lisses mais par contre on obtient un meilleur lissé. Avantage :  Maintien de la main, des propriétés mécaniques, de la rigidité et de l’opacité  Température maximale d’utilisation élevée d’où les effets concentrés à la surface de la feuille  Large gamme de température et de pression (obtention d’une large gamme de produits)  Indépendance des nips, atténuation de l’effet d’envers  Installation en ligne d’où un rendement en temps plus élevé, moins de personnel et donc un coût plus faible  Diminution de l’encombrement (dérouleuse et enrouleuse communes à la machine à papier)  Meilleur suivi de la qualité du papier car on met plus vite en avant les défauts de celui-ci, ainsi il est possible d'intervenir rapidement sur les réglages nécessaires. Inconvénients :  Complexité accrue de la machine à papier  Coût énergétique supérieur  Utilisation de rouleaux mous en plastique (matériaux synthétiques) supportant des charges moins élevées 3 - La supercalandre La supercalandre est constituée d’une série de dix à vingt rouleaux durs ou déformables, montés les uns au-dessus des autres. Elle est généralement située hors machine. Les charges linéaires peuvent atteindre et dépasser 450 kN/m. Avantage :  Nombreuses nips  Obtention de degrés de qualité élevés  Faible coût énergétique Inconvénients :  Pertes des caractéristiques mécaniques : la rigidité et la main. Ceci se répercute sur toute l’épaisseur de la feuille  Le transfert thermique limite la vitesse  Température limitée selon la nature des rouleaux  Effets d’envers peu atténués  Productivité faible uploads/Industriel/ bousaha.pdf