Film biaxialement orienté : un nouveau matériau de prédilection offrant d'excellentes performances (1)
Dans le vaste domaine des sciences des matériaux, les films bi-orientés sont devenus un centre d'intérêt majeur dans de nombreuses industries en raison de leurs propriétés uniques et de leur large éventail d'applications. Fabriqués selon des procédés spécifiques, ces films présentent des avantages significatifs en termes de propriétés mécaniques, de propriétés barrières et de propriétés optiques, entre autres, contribuant ainsi fortement au développement de l'industrie moderne.
Étirement biaxial : principes et avantages
La technologie d'étirage biaxial se distingue parmi les méthodes de formation de films plastiques. Son principe de base est le suivant : la matière première polymère est chauffée et fondue par une extrudeuse, puis extrudée en une feuille épaisse. Ensuite, dans une plage de températures appropriée, supérieure à la température de transition vitreuse et inférieure au point de fusion (c'est-à-dire à l'état hautement élastique), des forces externes sont appliquées séquentiellement dans les directions longitudinale et transversale, à l'aide d'une machine d'étirage longitudinal et d'une machine d'étirage transversal, pour des opérations d'étirage d'un certain ordre. Ce procédé favorise l'orientation et la disposition ordonnée des chaînes moléculaires ou des plans cristallins parallèlement au plan du film. Immédiatement après, un traitement de thermofixation est effectué à l'état tendu pour fixer la structure macromoléculaire orientée. Enfin, par refroidissement et traitement ultérieur, le film biaxial est préparé.
Comparés aux films non étirés, les films bi-orientés présentent des propriétés mécaniques nettement améliorées, avec une résistance à la traction 3 à 5 fois supérieure. Parallèlement, leurs propriétés barrières sont améliorées, réduisant la perméabilité aux gaz et à la vapeur d'eau ; leurs propriétés optiques sont optimisées, avec une transparence et un brillant de surface nettement améliorés ; leur résistance à la chaleur et au froid est améliorée, et leur stabilité dimensionnelle est bonne ; leur épaisseur est plus uniforme, avec des écarts d'épaisseur réduits ; et leur automatisation et leur production à grande vitesse sont possibles.
Processus de production : un flux complexe et précis
La ligne de production de films biaxialement orientés est comme un dragon industriel précis, composé de divers équipements formant une ligne de production continue, comprenant principalement des tours de séchage, des extrudeuses, des machines de coulée, des machines d'étirage longitudinal, des machines d'étirage transversal, des machines d'enroulement par traction, etc.
Prenons l'exemple de la production de films polyester. La première étape consiste à préparer et à mélanger les ingrédients. Une certaine quantité de copeaux de mélange-maître contenant du silicium et de copeaux brillants est utilisée. Après avoir été mélangés dans un mélangeur doseur, ils passent à l'étape suivante. Les particules de silice contenues dans les copeaux de mélange-maître contenant du silicium se répartissent dans le film, ce qui augmente la rugosité microscopique de la surface du film et permet de retenir une petite quantité d'air entre les films lors de l'enroulement, empêchant ainsi efficacement l'adhérence.
Pour les polymères hygroscopiques tels que le PET, le PA et le PC, des traitements de précristallisation et de séchage sont obligatoires avant l'étirage biaxial. Le PET est généralement traité dans une tour à garnissage avec lit de cristallisation, équipée de dispositifs de préparation d'air sec comprenant un compresseur d'air, un déshumidificateur à tamis moléculaire et un réchauffeur. La précristallisation et le séchage sont effectués à 150-170 °C pendant environ 3,5 à 4 heures, garantissant une teneur en humidité des copeaux de PET séchés maintenue entre 30 et 50 ppm. Cette étape améliore le point de ramollissement du polymère, empêche le collage ou l'agglomération des particules de résine pendant le séchage et l'extrusion à l'état fondu, tout en éliminant l'humidité pour éviter l'hydrolyse ou la formation de bulles dans les polymères à base d'ester pendant l'extrusion à l'état fondu.
Les copeaux de PET cristallisés et séchés entrent dans une extrudeuse monovis, où ils sont chauffés, fondus et plastifiés grâce à la structure unique de la vis. Pour garantir la qualité de la plastification et la stabilité de la pression de fusion extrudée, l'extrudeuse est équipée de deux orifices d'échappement reliés à un système de pompage à vide. Ce système permet d'extraire efficacement l'humidité et les oligomères des matériaux, éliminant ainsi le recours à un système complexe de précristallisation/séchage et réduisant les coûts d'investissement et d'exploitation. Le dosage de la matière fondue est assuré par une pompe à engrenages de haute précision, qui assure une pression stable dans la filière, surmonte la résistance de la matière fondue à travers le filtre et assure une épaisseur de film uniforme. Le tuyau de fusion relie l'extrudeuse, la pompe doseuse, le filtre et la filière pour permettre un écoulement fluide de la matière fondue. À l'extrémité du tuyau de fusion reliée à la filière, plusieurs mélangeurs statiques sont installés. Lors de son écoulement, la matière fondue produit automatiquement un mélange par division-combinaison-division-combinaison, homogénéisant ainsi sa température.
Le PET viscoélastique fondu sortant de la filière est rapidement refroidi en dessous de la température de transition vitreuse sur un cylindre refroidisseur en rotation uniforme, formant ainsi une feuille coulée vitreuse d'épaisseur uniforme. Le principe consiste à utiliser un générateur haute tension pour produire une tension continue de plusieurs milliers de volts, le fil électrode et le cylindre refroidisseur servant respectivement de pôles négatif et positif (le cylindre refroidisseur étant relié à la terre). Sous l'effet du champ électrostatique haute tension, la feuille coulée acquiert des charges statiques opposées à la polarité du cylindre refroidisseur par induction électrostatique. Grâce à l'attraction entre les charges opposées, la feuille adhère étroitement à la surface du cylindre refroidisseur, expulsant ainsi efficacement l'air et permettant un transfert thermique efficace.
La tôle épaisse produite par la machine de coulée entre dans l'unité d'étirage longitudinal pour un étirage longitudinal à haute élasticité. Cette machine est composée de rouleaux de préchauffage, de rouleaux d'étirage, de rouleaux de refroidissement, de rouleaux de tension, de rouleaux de pression en caoutchouc, de tubes chauffants infrarouges, d'unités de chauffage et de dispositifs d'entraînement. Il existe différents modes d'étirage longitudinal, notamment l'étirage monopoint et l'étirage multipoint, comme l'étirage à deux ou trois points.
Le film après étirement longitudinal entre dans l'étireur transversal, passant par le préchauffage, l'encadrement de la rame, le réglage thermique et le refroidissement en séquence pour terminer l'étirement transversal.
Enfin, le film étiré biaxialement passe par le processus d'enroulement et de refendage par traction. Ce processus comprend plusieurs rouleaux de guidage par traction, des rouleaux de refroidissement, des rouleaux d'aplatissement, des rouleaux de tension, des rouleaux de suivi, des dispositifs de rognage des bords, des jauges d'épaisseur et des machines de traitement corona. Après le rognage des bords, la mesure de l'épaisseur et le traitement corona, le film est enroulé, refendu et devient un produit fini après avoir passé le contrôle technique.
