Etude du contact rouleau – papier lors du calandrage

La quatrième partie de la thèse porte sur le contact rouleau – papier. Lors du calandrage, des interactions se produisent entre la surface des papiers et les rouleaux pouvant ainsi conduire à un encrassement de la calandre et donc nuire à l’état de surface du papier. Nous verrons dans cette partie, une étude de l’adhésion rouleau – papier, puis une optimisation des conditions de calandrage dans le but améliorer la qualité du papier. Enfin, une étude du transfert de l’état de surface du rouleau au papier sera présentée. Carlsson ([Carlsson et al, 2002]) a également montré que le comportement viscoélastique du liant de la couche a une influence sur le dépôt de type collant. Nous nous sommes donc intéressés à la génération de ce type de défaut et à l’influence du liant. Pour cela, un essai de laboratoire de roulement sur un plan incliné a été développé et des essais sur la calandre pilote ont été réalisés. L’essai de laboratoire de roulement sur le plan incliné consiste à faire rouler un cylindre sur une feuille de papier et à caractériser l’adhésion entre les deux matériaux par la force de roulement. Après avoir expliqué le principe et l’analyse des essais, des résultats sur plusieurs papiers seront présentés.

Tabor ([Tabor, 1955]) a montré que la force de frottement de roulement, c’est à dire la résistance à l’avancement d’un cylindre roulant sur un massif élastique ou faiblement viscoélastique, résulte presque exclusivement des pertes par hystérésis au sein du matériau. Cependant, dans certains cas comme le roulement sur un massif de caoutchouc, les forces enregistrées sont beaucoup trop importantes pour être dues aux pertes par hystérésis. C’est la raison pour laquelle, Kendall ([Kendall, 1975]) a attribué ces forces de résistance au roulement à l’adhérence caoutchouc – rouleau. Cela l’a amené à considérer l’aire de contact entre le cylindre rigide et le matériau élastique comme un joint adhésif. Le roulement résulte alors de la double propagation de fissures : propagation par fermeture à l’avant et propagation par ouverture à l’arrière. Après avoir vérifié que les pertes viscoélastiques lors de fermetures de fissures sont faibles, Barquins ([Barquins, 1980]) a montré que la résistance de roulement correspondait quasiment à la force de pelage à 90° du matériau à la limite arrière. La résistance au roulement étant assez forte et augmentant avec la vitesse, le cylindre acquiert assez rapidement un mouvement uniforme. La résistance au roulement est alors égale à mcg sinα (Figure 4. 2). Il a ainsi relié le taux de restitution d’énergie G = F/b aux forces de résistance au roulement (b étant la largeur du rouleau). L’auteur a étudié l’influence de différents paramètres tels que l’humidité, à partir des courbes reliant le taux critique de restitution d’énergie et la vitesse de propagation de fissure. Le plan est incliné à l’aide de cales, ainsi par trigonométrie, l’angle α peut être déterminé. Les angles utilisés au cours des essais sont compris entre 1,4° et 4,4°. La longueur maximale du plan est de 900 mm.

L’état de surface du cylindre lisse correspond à une rugosité moyenne de l’ordre de 1,2 µm. Le cylindre 3 avec un état de surface « sablé » a été obtenu en projetant des micro- billes de sable sur la surface initialement lisse. Suite à cette opération, la rugosité moyenne du cylindre est de l’ordre de 2,7 µm. Les valeurs de rugosité ont été obtenues à partir d’empreinte silicone de la surface des cylindres et d’une analyse à l’aide du Topo3D. Trois acquisitions de la surface des empreintes ont été effectuées, puis les images ont été filtrées avec une gaussienne de longueur d’onde de coupe de 1000 µm afin d’obtenir la rugosité moyenne des cylindres. Une des contraintes de l’essai de roulement est d’utiliser un cylindre suffisamment léger dans le but d’une part, d’éviter les effets de viscoélasticité de la couche et d’autre part de séparer les phénomènes de surface (adhésion), des phénomènes de dissipation dans l’épaisseur du papier. Papiers testés Les essais de roulement sur le plan incliné ont porté initialement sur deux papiers : un papier support H et un papier couché I. la dépose de la couche sur le papier I a été réalisé par un système de lame réservoir. Le Tableau 4. 2 présente les caractéristiques de ces deux papiers.