Extrusion-gonflage de films de polyéthylène en mousse pour application à une géomembrane : détermination des paramètres optimaux du procédé

Les géomembranes sont de grandes bâches polymères utilisées pour isoler les sols de matières pouvant être polluantes ou pour rendre imperméable un milieu qui ne l'est pas naturellement afin de conserver des fluides précieux. Elles sont utilisées par exemple pour la fabrication de bassins de rétention sur site industriel ou minier, pour l'enfouissement des déchets et consistent donc en de très grandes surfaces. Une réduction de densité qui permettrait de maintenir ses propriétés mécaniques et barrières serait donc l'occasion de réduction importante des coûts de production et de transport. La fabrication de polymères moussés présente de nombreux intérêts par rapports aux procédés conventionnels, tout en permettant d'obtenir des produits présentant de meilleures propriétés par rapport aux polymères moussés à masse égale. Ce projet a donc pour objectif de concevoir un procédé permettant de réaliser un film de polyéthylène moussé, en collaboration avec Solmax International, chef de file québécois dans la production de solutions de confinement des fluides. La production de mousse par extrusion consiste à dissoudre un gaz dans le polymère fondu dans le fourreau de l'extrudeuse, puis la chute de pression à la sortie de la filière dé-solubilise ce gaz qui prend la forme de bulles dans le polymère. Dans le cas de la fabrication de films par extrusion-soufflage, le polymère est mis en forme dans une filière annulaire pour produire une gaine qui est ensuite étirée et gonflée pour atteindre les dimensions souhaitées pour le film. Ce mémoire présente les essais ayant permis la détermination de paramètres optimaux pour la production d'un film de polyéthylène de moyenne densité (MDPE) moussé par l'ajout d'azodicarbonamide en extrusion-soufflage. Les différents tests ont été réalisés avec une filière cylindrique (filament), une filière plate (cast-film) et une filière annulaire (soufflage de gaines). Des essais d'extrusion multicouches ont également été réalisés avec une filière de type pancake. Ce projet a permis de produire des films moussés présentant une densité de bulles jusqu'à 3.05x106 bulles/cm3 pour un diamètre moyen de 40 µm. Les paramètres clés sont le profil de température et le taux de refroidissement de l'extrudât contrôlé par les ratios d'étirement et de gonflage pour la partie soufflage de gaines. Ensuite, l'amélioration de la morphologie de mousse passe par le choix de l'agent gonflant et la détermination de sa quantité optimale. La vitesse d'extrusion est également un facteur important, et elle doit être rapide afin de permettre l'établissement d'une pression suffisamment élevée dans la filière. La dispersion de l'agent gonflant dans le polymère est un paramètre important, et peut être maximisée par la préparation de mélanges préliminaires par extrusion bi-vis. Au cours de l'étude, l'effet de l'ajout d'agents de nucléation sous forme de particules solides (talc, noir de carbone) a été testé. Il a été montré que pour le moussage chimique avec un agent gonflant contenant des charges minérales, ils sont inefficaces. D'autre part, l'amélioration des propriétés en rhéologie élongationnelle par l'ajout de polymères branchés tels que polypropylène branché (BPP) et polyéthylène de basse densité (LDPE) permet l'amélioration de la morphologie de la mousse. Une augmentation de la densité de bulles de 27% a été observée pour l'ajout de 25% en masse de LDPE.