Films polymères

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L'Institut des matériaux industriels (IMI) du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) effectue des recherches dans le domaine des films polymères. L'approche poursuivie est d'étudier les relations procédé-structure-
performance des films pour des films soufflés multicouches et/ou monocouche ainsi que des films "cast" avec ou sans orientation biaxiale (tenter).

Les objectifs sont de :

• relier les paramètres de procédé à la structure (morphologie et orientation) développée dans les films;
• développer des modèles et relations entre la structure et la performance des films (mécaniques, retrait, déchirure, barrière etc.);
• développer des techniques pour le suivi en ligne des procédés de films (épaisseur, cristallinité, orientation, etc.);
• développer des modèles et des méthodes de simulation pour l'optimisation des procédés films.

Relations procédé-structure-performance dans les films

Les procédés de fabrication des films sont déjà bien établis. L'intérêt réside plutôt dans leur optimisation par la caractérisation des matériaux, les études de faisabilité, les films et formulations pour des applications spécifiques, le suivi en ligne des procédés et les essais pilotes.

Des efforts sont entrepris pour développer des relations procédé-structure d'une part et structure-performance d'autre part ainsi que le suivi de la structure de films obtenus par différents procédés et conditions.

Ligne de coextrusion-soufflage 5 extrudeuses -
5 couches filière de 100 mm de diamètre

Les performances sont analysées et reliées à la microstructure à l'aide des tests suivants :

• mécaniques (modules ainsi que résistance et élongation

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  L'Institut des matériaux industriels (IMI) du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) effectue des recherches dans le domaine des films polymères. L'approche poursuivie est d'étudier les relations procédé-structure-
  performance des films pour des films soufflés multicouches et/ou monocouche ainsi que des films "cast" avec ou sans orientation biaxiale (tenter).

  Les objectifs sont de :

  • relier les paramètres de procédé à la structure (morphologie et orientation) développée dans les films;
  • développer des modèles et relations entre la structure et la performance des films (mécaniques, retrait, déchirure, barrière etc.);
  • développer des techniques pour le suivi en ligne des procédés de films (épaisseur, cristallinité, orientation, etc.);
  • développer des modèles et des méthodes de simulation pour l'optimisation des procédés films.

  Relations procédé-structure-performance dans les films

  Les procédés de fabrication des films sont déjà bien établis. L'intérêt réside plutôt dans leur optimisation par la caractérisation des matériaux, les études de faisabilité, les films et formulations pour des applications spécifiques, le suivi en ligne des procédés et les essais pilotes.

  Des efforts sont entrepris pour développer des relations procédé-structure d'une part et structure-performance d'autre part ainsi que le suivi de la structure de films obtenus par différents procédés et conditions.

  
  Ligne de coextrusion-soufflage 5 extrudeuses -
  5 couches filière de 100 mm de diamètre

  Les performances sont analysées et reliées à la microstructure à l'aide des tests suivants :
  
  

  • mécaniques (modules ainsi que résistance et élongations au seuil d'écoulement et à la rupture);
  • impact (Izod, Charpy, poids tombant);
  • perméabilité pour différents gases et hydrocarbures;
  • résistance à la déchirure;
  • turbidité, clarté;
  • retrait.

  Différents types de polymères, tel que les polyéthylènes, polypropylènes, polyesters, nylons ainsi que plusieurs autres sont étudiés.

  Caractérisation de la structure des films et de l'orientation

  L'orientation moléculaire induite par la déformation et la morphologie étant les facteurs qui contrôlent les propriétés, il est important de les déterminer. Les techniques de mesure de l'orientation sont développées et utilisées tant pour la caractérisation que pour le contrôle des procédés. Celles-ci incluent :

  • la biréfringence (en ligne et enlaboratoire);
  • la spectroscopie infrarouge;
  • diffraction et diffusion des rayons X (WAXD et SAXS).

  La détermination de la microstructure est complétée en utilisant :

  • l'analyse thermique (DSC and MDSC) ;
  • les microscopies électroniques par balayage et transmission ;
  • la microscopie par force atomique.

  Simulation et optimisation des procédés des films

  Ici, l'emphase est mise sur l'intégration des modèles et relations développés ci-dessus avec les logiciels d'extrusion de films existants de telle sorte que la performance des films soit prédite.

  

  Appareil d'étirage biaxial Karo IV de Bruckner

  Section d'étirage de l'appareil

  Laboratoires et équipements

  Les équipements suivants, spécifiques aux procédés et à la caractérisation des films, sont disponibles à l'IMI :

  Ligne de coextrusion soufflage de films multicouches Contrôle par ordinateur; 5 extrudeuses, 5 couches; ABCDE; 38, 32, 38, 32, et 32 mm; Filière de 100 mm de diamètre; Taux de gonflement max. de 4.5 :1; Vitesse maximum de 100 m/min. Ligne d'extrusion soufflage de films monocouches Extrudeuse 25 mm; Filière de 50 mm de diamètre; Instrumentée. Ligne de coextrusion "cast" 3 extrudeuses - 5 couches; Extrudeuses de 13 mm; Filière plate de 20 cm; Ouverture de filière : 1 et 2 mm. Appareil de mesure de la résistance à la déchirure Pendules de 200 à 3200 g. Appareil de mesure du gloss Gardner micro-gloss 45°; Gardner micro-tri-gloss 20°, 60°, 85°. Appareil de mesure Haze Gardner HazeGard Plus; Transmission, turbidité et clarté. Biréfringence Biréfringence biaxiale; Aucune restriction supérieure ou inférieure de sa valeur; Angle d'incidence variable de 0 à 60°.

  Étireur biaxial Taux d'étirage maximum 8.5 x 8.5; Température maximale 250°C; Dimensions minimales d'échantillon 85 x 85 mm; Épaisseur d'échantillon 20 à 2000 µm; Forces maximales 2000 N/axe; Vitesse maximale 0.5 m/s; Séquentiel et/ou simultané. Propriétés mécaniques Instron 1123; Cellules de charge de 10 et 100 N; Extensiomètre vidéo. Impact Keyeness Dart impact ASTM D1902. Mesure d'épaisseur Montage de déformation Pour déformation insitu dans un microscope ou autre équipement (FTIR); Cellule de charge 20 - 200 kg; Vitesse maximale de 0.5 mm/min. Microscope optique Retrait Microscope électronique à balayage Spectroscopie infrarouge

  Collaboration avec les industries

  Les compagnies actives dans le domaine des films polymères sont encouragées à participer et/ou collaborer aux activités de recherche à l'IMI. Les travaux peuvent être effectués de plusieurs façons, dont :

  • Projets en collaboration avec une approche intégrée, qui peut impliquer d'autres expertises dans la simulation et le contrôle ;
  • Études de faisabilité pour le développement d'un procédé ou d'un produit ;
  • Support technique utilisant une expertise spécifique et/ou un équipement unique.

  Information

  Par des projets de R et D et la recherche pré-compétitive, l'IMI travaille avec les compagnies et les aide à travers un processus progressif de transfert de technologies. Pour en apprendre plus sur ces technologies, vous êtes invités à contacter les représentants de l'IMI.

  Lucie Robitaille, Ph.D. Chef de groupe Systèmes polymères fonctionnels Tél. : 450-641-5032 Téléc. : 450-641-5105 Courriel : Lucie.Robitaille@cnrc-nrc.gc.ca
  Alexandre Paris, ing. Agent de commercialisation Conception de matériaux de pointe Tél. : 450-641-7524 Téléc. : 450-641-5105 Courriel : Alexandre.Paris@cnrc-nrc.gc.ca

  s au seuil d'écoulement et à la rupture);
• impact (Izod, Charpy, poids tombant);
• perméabilité pour différents gases et hydrocarbures;
• résistance à la déchirure;
• turbidité, clarté;
• retrait.

Différents types de polymères, tel que les polyéthylènes, polypropylènes, polyesters, nylons ainsi que plusieurs autres sont étudiés.

Caractérisation de la structure des films et de l'orientation

L'orientation moléculaire induite par la déformation et la morphologie étant les facteurs qui contrôlent les propriétés, il est important de les déterminer. Les techniques de mesure de l'orientation sont développées et utilisées tant pour la caractérisation que pour le contrôle des procédés. Celles-ci incluent :

• la biréfringence (en ligne et enlaboratoire);
• la spectroscopie infrarouge;
• diffraction et diffusion des rayons X (WAXD et SAXS).

La détermination de la microstructure est complétée en utilisant :

• l'analyse thermique (DSC and MDSC) ;
• les microscopies électroniques par balayage et transmission ;
• la microscopie par force atomique.

Simulation et optimisation des procédés des films

Ici, l'emphase est mise sur l'intégration des modèles et relations développés ci-dessus avec les logiciels d'extrusion de films existants de telle sorte que la performance des films soit prédite.

Laboratoires et équipements

Les équipements suivants, spécifiques aux procédés et à la caractérisation des films, sont disponibles à l'IMI :

Collaboration avec les industries

Les compagnies actives dans le domaine des films polymères sont encouragées à participer et/ou collaborer aux activités de recherche à l'IMI. Les travaux peuvent être effectués de plusieurs façons, dont :

• Projets en collaboration avec une approche intégrée, qui peut impliquer d'autres expertises dans la simulation et le contrôle ;
• Études de faisabilité pour le développement d'un procédé ou d'un produit ;
• Support technique utilisant une expertise spécifique et/ou un équipement unique.

Information

Par des projets de R et D et la recherche pré-compétitive, l'IMI travaille avec les compagnies et les aide à travers un processus progressif de transfert de technologies. Pour en apprendre plus sur ces technologies, vous êtes invités à contacter les représentants de l'IMI.

Lucie Robitaille, Ph.D. Chef de groupe Systèmes polymères fonctionnels Tél. : 450-641-5032 Téléc. : 450-641-5105 Courriel : Lucie.Robitaille@cnrc-nrc.gc.ca
Alexandre Paris, ing. Agent de commercialisation Conception de matériaux de pointe Tél. : 450-641-7524 Téléc. : 450-641-5105 Courriel : Alexandre.Paris@cnrc-nrc.gc.ca

Information pertinente

Instituts:

• Institut des matériaux industriels du CNRC