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CONDITIONNEMENT THERMIQUE PAR micro-ondes DE PREFORMES AVANT SOUFFLAGE

Philippe Lebaudy¹, Alain Ledoux², Lionel Estel², Caroline Bonnet², Michel Delmotte³

1. 
   Laboratoire de Matériaux Macromoléculaires, UMR CNRS 6522,
   

INSA de Rouen, Place Emile Blondel, BP 8, 76131 Mont-Saint-Aignan Cedex, France.

2. 
   Laboratoire des Risques Chimiques et Procédés, INSA de Rouen,
   

Place Emile Blondel, BP 8, 76131 Mont-Saint-Aignan Cedex, France.

3. 
   Laboratoire de Microstructure et Mécanique des Matériaux,
   

CNRS UMR 8006, ENSAM, 151 Boulevard de l'Hôpital, 75013 PARIS, France.

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Résumé
Au cours de la mise en forme des polymères thermoplastiques, par soufflage ou thermoformage, un préconditionnement thermique est nécessaire pour atteindre le point de ramollissement du matériau. Dans le cas de l’injection-soufflage avec bi-étirage en cycle froid, l’étape de chauffage est primordiale, car la régularité de l’épaisseur du corps creux final dépend étroitement du profil de température dans la paroi de la préforme avant soufflage. En plus de ce problème de répartition de la matière, l’apparition d’une phase cristalline induite thermiquement est un critère de rejet pour les films et corps creux transparents obtenus par bi-étirage du Polyéthylène-Téréphtalate (PET). Le niveau de cristallinité du produit final est également lié aux contraintes et à la température atteinte lors du soufflage.

Dans le cas du bi-étirage soufflage des bouteilles, le rapport du taux d'étirage entre les faces interne et externe varie de plus de 50% pendant l'étirage. Pour une température donnée, l’étirage et par voie de conséquence la contrainte mécanique est plus importante pour la face interne. Une contrainte mécanique uniforme peut néanmoins être obtenue, en imposant un profil de température non uniforme dans la paroi de la préforme. Dans un travail précédent, le chauffage de préforme par InfraRouge suivi d’un refroidissement externe a permis d’obtenir un profil non uniforme. La modélisation du spectre d’absorption du matériau par la loi de Lambert-Bouguer donne accès au profil de température transitoire dans la paroi et permet l’optimisation des conditions d’étirage. De nombreuses études ont été menées par la suite, pour optimiser le fonctionnement des fours InfraRouge industriels, mais il semble que la limite soit atteinte pour une conversion de moins de 25% de l’énergie électrique en chaleur absorbée par le polymère et un temps de chauffage supérieur à 25 secondes.

Dans ce travail, la faisabilité du chauffage de préforme en PET par hystérésis diélectrique est étudiée, avec pour objectif la diminution des temps de cycle de ce procédé. Un applicateur spécifique a été réalisé pour chauffer des paraisons tubulaires en PET à l’aide d’un magnétron à 2,45 GHz. Au préalable, des mesures des propriétés diélectriques du matériau en fonction de la température ont été réalisées par la méthode des petites perturbations. Sur le dispositif expérimental une mesure de température de surface est opérée par thermographie InfraRouge. Le temps d’irradiation avant soufflage est optimisé grâce à une modélisation du terme source donnant accès au profil de température dans la paroi.

Nos premiers essais montrent que le profil adéquat peut être obtenu directement sans refroidissement. Cette technique présente donc un grand intérêt pour la diminution des temps de cycle. Enfin, une optimisation énergétique est possible en utilisant des séquences micro-ondes qui apportent l’énergie juste nécessaire au chauffage des pièces.