Etude théorique et expérimentale de l'enroulement d'un film plastique mince : rôle des effets aérodynamiques

par Franck Bouquerel

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Patrick Bourgin.

Soutenue en 1993

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Les films plastiques minces utilisés dans les secteurs de l'emballage et de l'enduction magnétique sont conditionnés sous forme de rouleau. Pendant ou après la fabrication du rouleau, des instabilités d'enroulement (plis, ondulations. . . ) qui se traduisent par des défauts d'aspect peuvent apparaître. Il est fondamental de maîtriser les conditions critiques d'apparition de ces instabilités car elles sont susceptibles de déformer irréversiblement le film et donc de compromettre ses utilisations ultérieures. Afin de préciser ces conditions critiques, nous avons développé un modèle théorique reposant sur une approche physique de l'enroulement. Ainsi, par hypothèse, les conditions d'apparition de ces instabilités d'enroulement dépendent des contraintes résiduelles de l'enroulement, elles-mêmes fonctions des paramètres du procédé de fabrication du rouleau et des propriétés du film. De nombreux modèles de calcul des contraintes résiduelles ont été développés à ce jour. Toutefois, ils sont tous restreints au cas des films soit très épais (100 m) soit enroules très lentement (1 m. S##1) pour lesquels les phénomènes aérodynamiques (mécanismes d'entraînement et d'évacuation d'air) peuvent être négligés. Or, on sait par expérience que dans les conditions industrielles d'enroulement (epaisseur10 m, largeur1 m, vitesse10 m. S##1), ces phénomènes aérodynamiques sont prépondérants. Le modèle actuel propose une extension des modèles existants reposant sur une approche globale des phénomènes mis en jeu. Il a été nécessaire pour cela d'étudier les mécanismes d'entrainement et d'évacuation d'air. Nous avons en particulier mis en évidence l'influence très importante de la topographie de surface. De nouvelles grandeurs non prises en compte par les modèles précédents tels que l'épaisseur des couches d'air entrainée, évacuée ou résiduelle sont ainsi précisées. Les prédictions issues du modèle ont été comparées avec succès à des résultats expérimentaux obtenus dans des conditions d'enroulement et de topographie de surface très variées (procédé, type de film). Des formes caractéristiques des profils des contraintes résiduelles et de l'épaisseur de la couche d'air ont été mises en évidence. Nous avons montré que l'évacuation latérale de l'air induit une chute de la tension résiduelle assez importante. Les variations de la vitesse, de la force d'appui, de la tension ou bien du niveau de rugosité ont des effets non linéaires du même ordre de grandeur. Ce résultat justifie l'approche globale proposée. Enfin, une très forte influence des écarts à la symétrie tels que les sous-épaisseurs a également été mise en évidence, en accord avec les observations. Le modèle permet ainsi de prédire l'état des contraintes résiduelles résultant de l'enroulement du film dans des conditions industrielles. L'utilisation de ce modèle permet d'avoir une approche moins empirique de l'enroulement, de mieux comprendre l'influence respective de chaque paramètre et donc, à terme, d'optimiser les conditions générales du procédé industriel.

  • Titre traduit

    Theoretical and experimental study of the winding of a thin plastic film : Aerodynamical effects


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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 80 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TFE BOUQUEREL F.
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1476
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T1476 mag
  • Bibliothèque : CentraleSupélec. bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : I2 54768
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