Etude et optimisation d'un procédé de soudage des films polymères au moyen d'un outil rotatif mobile

Study and optimization of a welding process for polymer films using a mobile rotary tool

• Auteur / Autrice : Queen Tannous
• Direction : Yves Béreaux, Pierre Mousseau, Anaïs Barasinski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 08/12/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Charmeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Régnier, Philippe Le Masson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Soudage -- Automatisation

Mots clés libres

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Résumé

Les emballages souples sont importants dans le domaine de l’agro-alimentaire et dans celui de la cosmétique. La production des sachets est réalisée sur les barres de chauffe. Idéal pour la production en masse, ce procédé est couteux pour la production de petite et moyenne série. SEALESTER a développé une nouvelle technologie de soudage qui permet de changer la forme d’un emballage sans surcoût d’outillage. C’est un outil rotatif préchauffé, qui applique une pression sur les films à souder, en traçant une trajectoire prédéfinie à une vitesse d’avance donnée. La première étape du travail a été la caractérisation physico-chimique des films polymères à souder. Il existe pour chaque matériau une température d’initiation de soudure spécifique, qu’il faut dépasser à l’interface afin de souder. Des tests de soudage statiques sont établis pour déterminer les critères de soudage. La qualité de la soudure obtenue est étudiée grâce à des tests de pelage en T. L’effet des paramètres procédé a été analysé et modélisé comme un processus thermo-activé. Les paramètres les plus influents sur la qualité de la soudure sont la température de l’outil et ensuite le temps de soudage. On soude les films en dynamique : avec rotation et déplacement de l’outil. Des tests d’observation microscopique de coupes soudées, des tests de pelage en T et des mesures de température à l’interface de soudure sont utilisées pour étudier l’effet des paramètres sur le soudage. Enfin on établit un modèle numérique en utilisant la méthode PGD. Ce modèle permet de prévoir l’évolution de la température dans les films en fonction des différentes valeurs des paramètres procédé. L’exploitation de ce modèle permet de déterminer les paramètres procédés qui vérifient les critères de soudage de chaque matériau

Flexible packaging is important in the food and cosmetics industry. Production is usually carried out on heating bars. Ideal for mass production, this process is expensive for small and medium series production. SEALESTER has developed a new welding technology that allows the change of shape of a package without additional tooling costs. It consists of a preheated rotary tool, which applies pressure to the films to be welded, drawing a predefined path at a given feed rate. The first stage of the work was the physicochemical characterization of the polymer films to be welded. Each material has a specific weld initiation temperature which must be exceeded at the interface in order to weld. Static welding tests are established to determine the welding criteria. The quality of the weld is studied using T-peel tests. The effect of process parameters has been analyzed. The temperature of the tool and then the welding time most influence the quality of the weld. The films are welded with rotation and displacement of the tool. Microscopic observation tests of welded cuts, T-peel tests and welding interface temperature measurements are used to study the effect of the parameters on the weld. Finally, a numerical model is established using the PGD method. This model makes it possible to predict the evolution of the temperature in the films as a function of the different values of the process parameters. The use of this model makes it possible to determine the process parameters that verify the welding criteria of each material