Extrusion-soufflage de film de polyéthylène

 

Le film de polyéthylène (PE) est la variété de film plastique la plus largement produite et la plus utilisée. Il est non toxique et inodore, et présente une résistance et une ténacité élevées ainsi qu'une excellente résistance à l'humidité et à l'eau, une bonne ouverture (antiblocage) et des performances à basse température, tout en conservant un certain niveau de transparence. Sa thermoscellabilité est exceptionnelle, avec une température de scellage relativement basse d'environ 100 degrés, ce qui permet une fabrication pratique de sacs par chauffage électrique. Le film PE est produit directement par extrusion-soufflage à partir de granulés de résine de polyéthylène et ne nécessite généralement aucun additif ; la coloration peut être obtenue en incorporant un mélange maître. Les résines de polyéthylène pour film soufflé comprennent le polyéthylène basse densité (LDPE), le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE) et le polyéthylène haute densité (HDPE).

 

1) Film de serre agricole

Le film pour serre agricole est un film de grande largeur soufflé à partir de LDPE ou de mélanges de LDPE et de LLDPE, généralement par le processus de film soufflé vers le haut avec décollage à plat. La largeur à plat couvre une large plage (inférieure ou égale à 1 000 mm ou supérieure ou égale à 5 000 mm). L'épaisseur typique est de 0,03 à 0,14 mm, la résistance à la traction supérieure ou égale à 12 MPa et l'allongement à la rupture supérieur ou égal à 300 %. Ces films résistent à la pluie, transmettent la lumière et retiennent la chaleur, permettant la culture de légumes et de fruits toute l'année dans des serres. Selon les exigences agronomiques, les principaux sous-types fonctionnels comprennent :

• Film de serre renforcé : préparé en ajoutant plus de 25 % en poids de LLDPE dans LDPE. La résistance à la traction peut être augmentée jusqu'à environ 20 MPa, et l'allongement à la rupture supérieur ou égal à 400 %. Si le film est entièrement soufflé à partir de LLDPE, la résistance est encore améliorée, avec une meilleure résistance à la perforation et une surface plus lisse ; l'épaisseur du film peut être réduite d'environ 20 à 30 %.

• Film de serre longue durée : le film de serre ordinaire dure généralement de 0,5 à 1 an. Les qualités longue durée prolongent la durée de vie d'au moins deux fois, pour atteindre 2 à 3 ans. Ceux-ci sont obtenus en ajoutant 0,3 à 0,5 partie en masse d'un stabilisant à la lumière et 0,1 à 0,3 partie d'un antioxydant au LDPE ; la surface LDPE est d'abord humidifiée avec de l'huile blanche, puis mélangée et soufflée en film.

• Film de serre anti-goutte : Conçu pour qu'aucun brouillard ni gouttelette ne se forme à la surface du film, améliorant ainsi la transmission de la lumière et favorisant la croissance des cultures. En ajoutant un tensioactif approprié ou un mélange maître anti-goutte, l'affinité du film pour l'eau est augmentée. De nombreuses petites gouttelettes fusionnent en de plus grosses qui coulent le long de la paroi du film jusqu'au sol, éliminant ainsi la buée interne, améliorant la transparence et empêchant les gouttelettes de tomber directement sur les cultures.

2) Film de paillis agricole

Le film de paillis agricole fait référence au film couvre-sol. Il s'agit d'un film LDPE très fin fabriqué par soufflage, d'une épaisseur de 0,008 à 0,014 mm et d'une largeur de 600 à 1 000 mm. Le paillis transparent et incolore est principalement utilisé comme film de culture de semis et de couverture des cultures pour favoriser une maturité précoce, augmenter les rendements et lutter contre les ravageurs ; il est généralement fabriqué par la méthode du film soufflé vers le haut. Le film de paillis fonctionnel est produit en incorporant 3 à 5 % en poids de colorants dans du PE pour obtenir du rouge, du jaune, du bleu, du gris, du noir et d'autres couleurs. Différentes cultures reçoivent ainsi les bandes spectrales spécifiques dont elles ont besoin, obtenant une maturité plus précoce et un rendement plus élevé, une suppression des ravageurs et une inhibition des mauvaises herbes.

3) Film d'emballage

Le film d'emballage PE est divisé en types légers et robustes.

• Film d'emballage léger : fabriqué à partir de LDPE et principalement utilisé pour emballer des aliments, des pâtisseries, des bonbons, des légumes, des fruits, des produits pharmaceutiques, des textiles, des produits de première nécessité, des vêtements et des produits similaires. Pour s'adapter aux lignes d'emballage automatisées, de petites quantités d'agents glissants ou d'agents antistatiques sont généralement ajoutées. La production utilise le plus souvent le procédé de soufflage vers le haut ou de soufflage à plat. La largeur à plat couvre une large plage (inférieure ou égale à 70 mm ou supérieure ou égale à 1 000 mm). L'épaisseur est de 0,02 à 0,20 mm et la résistance à la traction supérieure ou égale à 10 MPa.

• Sacs pour T-shirts (shopping) et housses à vêtements en PEHD : largement utilisés et principalement produits par le processus de soufflage vers le haut. La largeur à plat est de 70 à 1 000 mm, l'épaisseur de 0,007 à 0,10 mm et la résistance à la traction supérieure ou égale à 25 MPa.

• Film d'emballage robuste : fabriqué par le processus de soufflage vers le haut à partir de LDPE de poids moléculaire plus élevé. L'épaisseur typique est de 0,2 à 0,35 mm, chaque sac pouvant contenir 20 à 30 kg de contenu. Les applications comprennent l'emballage de produits agricoles, de matières premières chimiques, d'engrais, de pesticides, d'aliments, de sucre, de sel, de produits pharmaceutiques et de textiles.

Les résines LDPE pour film soufflé présentent une plage d'indice de fusion (MFR) relativement large de 0,5 à 7 g/10 min et sont sélectionnées en fonction de l'utilisation prévue du film (voir Tableau 1‑1). Les résines LLDPE pour film soufflé ont généralement un MFR de 1 à 2 g/10 min. Les qualités de film soufflé HDPE ont un MFR de 0,2 à 1 g/10 min. Le PEHD a une température de fusion plus élevée et, dans la plage des changements de taux de cisaillement, une viscosité élevée ; en raison de sa structure moléculaire linéaire, il présente une forte orientation induite par l'écoulement.

Tableau 1‑1 Sélection de résines LDPE pour les qualités de film

Qualité du film	Résine MFR (g/10 min)
Film d'emballage léger	2–4
Film haute transparence	5–7
Film de paillage agricole	4–7
Film de serre	1.5–4.5
Film thermorétractable	2–5
Film d'emballage robuste	0.25–0.5

 

 

1) Extrudeuse

Le film LDPE conventionnel avec une largeur à plat supérieure ou égale à 300 mm est généralement fabriqué par le procédé de film soufflé vers le haut avec un décollage à plat. Le diamètre de vis recommandé varie de 45 à 150 mm. Pour les largeurs à plat supérieures à 1 m, deux extrudeuses monovis peuvent être utilisées pour la coextrusion de films grande largeur. La vis L/D est de 20 à 30 avec un taux de compression de 3 à 3,5, et une vis progressive (à canal conique) est préférable.

Pour les films HDPE, des extrudeuses de plus petite taille conviennent, avec une vis L/D de 16 à 25. Les conceptions de vis intègrent généralement une section de cisaillement dédiée et une section de mélange.

2) Tête de filière

Le film LDPE utilise généralement des filières annulaires à mandrin en spirale ou de type araignée, avec des diamètres de filière compris entre 100 et 1 000 mm. Lorsqu’une uniformité d’épaisseur supérieure est requise, une filière rotative est recommandée. Des procédés de soufflage vers le haut et à plat sont utilisés.

Le film HDPE utilise généralement une matrice à mandrin en spirale. Des précautions doivent être prises lors de la conception du canal d'écoulement, de la géométrie en spirale et des dimensions des lèvres de la filière pour éviter des taux de cisaillement excessifs, susceptibles de provoquer une rupture à l'état fondu. En raison de ces caractéristiques de formage, les matrices de film HDPE sont relativement petites, généralement de 30 à 200 mm de diamètre.

3) Refroidissement

Le refroidissement par anneau d'air est principalement utilisé. La pression typique du ventilateur est de 4 000 à 8 000 Pa avec un débit d'air de 15 à 75 m³/min.

 

1) Température d'extrusion

La température d'extrusion est déterminée principalement par l'indice de fusion de la résine PE -plus le MFR est élevé, plus la température requise est basse. Depuis l'orifice d'alimentation jusqu'au bloc de tamisage (plaque de rupture), les températures du canon augmentent progressivement de sorte que la température de la tête de filière soit approximativement égale ou inférieure de 10 à 20 degrés à la température à la pointe de la vis. Cela favorise une paraison épaisse et stable et une meilleure transparence du film. Les températures d'extrusion typiques pour les films PE sont indiquées dans le tableau 2‑1.

Tableau 2‑1 Températures d'extrusion des films de polyéthylène (degrés)

Qualité du film	Zone de baril 1	Zone de baril 2	Zone de baril 3	Adaptateur	Mourir
LDPE – Film d'emballage léger	120–140	130–140	140–160	150–160	160–170
LDPE – Film pour serre	150–170	160–180	170–180	180–190	170–180
LDPE – Film d'emballage robuste	180–200	170–180	180–190	190–200	180–190
Film PEBDL	160–180	180–200	200–220	200–220	220–230
Film PEHD	200–220	220–240	240–260	250–260	240–250

2) Écart de matrice

L'espace entre les lèvres de la matrice varie selon le type de résine ; les plages représentatives sont répertoriées dans le tableau 2‑2. À mesure que le MFR de la résine augmente, un espace de matrice plus petit est sélectionné ; à mesure que l'épaisseur du film cible augmente, un espace plus grand est utilisé. Par exemple, pour un film LDPE résistant (MFR inférieur et calibre plus épais), un espace de matrice d'environ 1,0 mm est sélectionné ; pour les films LDPE légers (MFR plus élevé et calibre plus fin), l'espace entre les matrices est généralement de 0,5 à 0,6 mm. Étant donné que la viscosité à l'état fondu du LLDPE est plus élevée et relativement insensible aux changements de taux de cisaillement, sa température d'extrusion est plus élevée et l'espace de filière nettement plus grand que pour le LDPE ; sinon une surface rugueuse en « peau de requin » peut apparaître. Les résines à film soufflé HDPE ont un MFR relativement faible, de sorte que l'espace entre les matrices est généralement légèrement plus grand que pour le LDPE.

Tableau 2‑2 Plages typiques d'espacement des lèvres de filière (mm)

Type de film	Écart de matrice (mm)
PEBD	0.5–1.0
PEBDL	1.5–2.5
PEHD	1.2–1.5

3) Rapport d'explosion (BUR)

Après avoir quitté la filière annulaire, la paraison épaisse est gonflée avec de l'air comprimé, augmentant son diamètre, réduisant son épaisseur et conférant une traction transversale. Un rapport d'explosion typique est de 2 à 5. Si le BUR est trop élevé, la bulle flottera, la forme de la bulle deviendra instable, l'uniformité de l'épaisseur se détériorera et le film aura tendance à se briser. À mesure que le BUR augmente, la résistance à la traction transversale, la résistance à la déchirure et la résistance aux chocs du film augmentent, mais la transparence et la brillance diminuent et la résistance à la traction longitudinale a tendance à diminuer. Les BUR représentatifs pour les films PE sont répertoriés dans le tableau 2‑3.

Tableau 2‑3 Taux de gonflement représentatifs pour les films PE

Type de film	RBA typique
PEBD	1.5–3.5
PEBDL	1.5–2.0
PEHD	3.2–6.0

4) Rapport d'étirage (direction de la machine)

Une fois que la paraison quitte la filière, elle est guidée vers les rouleaux de tirage (pincement) et soumise à un étirage longitudinal. La vitesse de la ligne de transport est généralement 3 à 5 fois supérieure à la vitesse d'extrusion (sortie) de la matière fondue, ce qui donne un étirement de 3 à 5 fois dans le sens machine et une augmentation marquée de la résistance à la traction longitudinale. Cela profite aux applications de sacs où la charge longitudinale prédomine.