Guide technique avec sources · ROLL Lab
La résistance des mandrins en carton : flat crush, radial crush et rigidité
Dans cette page · calculateurs
- Les trois essais
- Ce qu’un film fait au mandrin
- Quand il cède
- La courbe d’écrasement
- Les leviers de la résistance
- Flexion, couple, charge debout
- Un cahier des charges utile
- Questions fréquentes
- 🔁 Toutes les unités, une seule langue
- 💧 Le tube qui transpire
- 🌀 Votre mandrin tient-il ?
- 🧱 Quelle paroi faut-il vraiment ?
Les trois essais, et pourquoi ils donnent des chiffres différents
| Essai | Mode opératoire | Résultat |
|---|---|---|
| Flat crush (écrasement à plat) ISO 11093-9, CCTI T-108 | Éprouvette de 100 mm écrasée entre deux plateaux parallèles à 50–65 mm/min jusqu’au premier maximum | Force par unité de longueur : kN/m (100 N/100 mm = 1 kN/m) |
| Radial crush (compression radiale) CCTI T-158 / T-159 | Le tube dans une chambre où la pression monte de façon uniforme sur toute la surface ; T-158 avec billes d’acier et mesure du rétrécissement, T-159 avec chambre à air | Pression de rupture en bar |
| Rigidité du Ø intérieur | La pression qui fait rentrer le diamètre intérieur de 0,1 mm | bar / 0,1 mm : décide si la bobine sort de l’arbre |
Plateaux ou étau ?
Les deux valeurs sont peu corrélées : des tubes au même flat crush peuvent avoir des radial crush très différents, et inversement. La raison est géométrique : le film n’écrase pas le mandrin entre deux plateaux, il le serre de tous côtés.
Ce qu’un film fait au mandrin
Le film est élastique : après l’enroulement, il continue de se rétracter et chaque spire serre celles du dessous. Le mandrin reçoit une pression uniforme qui, va, en ordre de grandeur, de 5 à plus de 100 bar environ. Diamètre intérieur, diamètre extérieur et longueur bougent ensemble ; le diamètre intérieur est critique, car s’il se referme trop, la bobine reste sur l’enrouleur ou n’entre pas sur le dérouleur.
La pression dépend de variables situées en amont du mandrin : épaisseur du film, rouleau presseur, nombre de spires, tension, type et formulation du film, âge de la bobine, ambiance. Le down-gauging (film plus mince à tenue égale) augmente la pression radiale.
Quand il cède : souvent pas sous vos yeux
| Film | Rupture typique |
|---|---|
| Cast | sous 72 heures |
| Soufflé (blown) | entre 7 et 14 jours |
Le type de film décide quand le mandrin cède ; le rapport entre pression et résistance radiale décide s’il cède. Un mandrin qui sort bien de la ligne n’est pas encore validé : on le recontrôle à 72 heures et à 14 jours.
La courbe d’écrasement : carton et plastique ne se mesurent pas pareil
Force contre déformation
Sur le carton (ISO 11093-9), la valeur retenue est le pic : la force monte, la paroi cède, la force baisse puis se stabilise. La norme ne fixe pourtant pas la déformation au pic : deux tubes de même valeur peuvent l’atteindre à 3 % ou à 10 % de déformation. Sur le plastique, il n’y a pas de pic : on lit la force à 3 % du diamètre (ISO 9969), et la charge maximale vaut environ 2,2 fois cette force. Une exigence de charge s’écrit en regardant le tube le plus faible de la comparaison, pas la courbe la plus haute.
Les leviers de la résistance
- Épaisseur et qualité du carton : la qualité du carton pèse plus que sa densité. Un carton plus dense pèse plus lourd ; ce qui fait bouger la résistance, c’est la qualité.
- Humidité : le levier le plus puissant, et le seul qui change après la livraison. Un point de plus coûte environ 3,6 % de flat crush, 7,1 % de radial crush et 12,3 % de rigidité du Ø intérieur (guide de l’humidité).
- Diamètre : à paroi égale, un 6" a une résistance radiale plus faible qu’un 3" : selon les données du ROLL Lab, avec une paroi de 10 mm, 28,8 bar contre 39,2 (−27 %).
- Construction du tube : largeur de bande et angle d’enroulement, type de carton (machine à forme ronde ou à table plate) et type de colle font varier la résistance radiale, même à flat crush égal. Ce sont des choix du fabricant : demandez-les si vous changez de fournisseur.
- Âge : la tenue en charge dynamique s’améliore avec la stabilisation ; les livraisons urgentes partent avec une résistance pas encore développée.
Flexion, couple et charge debout
Flat crush et radial crush ne disent pas tout. Une bobine large tenue par ses extrémités fait travailler le tube comme une poutre : comptent alors la résistance et le module en flexion (ISO 11093-6 et -7) et, sur les machines rapides, la vitesse critique (la formule est sur la page papeteries). Les têtes à griffes qui lancent et freinent la bobine transmettent un couple aux extrémités : avec une paroi faible, le papier s’arrache et le tube tourne dans le vide. Enfin, les bobines stockées debout chargent le tube dans l’axe.
Aucune de ces résistances ne se déduit du flat crush. Si l’une d’elles compte pour votre ligne, écrivez-la dans le cahier des charges avec la méthode d’essai ; les termes sont expliqués dans le glossaire.
Un cahier des charges vraiment utile
Pour un mandrin de film : radial crush minimal en bar avec la méthode déclarée (T-158 ou T-159), avec une marge sur la pression mesurée en ligne ; flat crush ISO 11093-9 comme contrôle de production ; humidité maximale à la livraison mesurée à l’étuve ; Ø intérieur avec tolérance ISO 13542 et mesure trois points. Estimez pression et marge avec le Duel radial.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que le flat crush d’un tube en carton ?
C’est la résistance à l’écrasement à plat : une éprouvette de 100 mm est écrasée entre deux plateaux parallèles jusqu’à la première rupture. La norme est l’ISO 11093-9 (publiée en France comme NF ISO 11093-9 ; aux États-Unis, CCTI T-108). Le résultat s’exprime en kN/m ou en N/100 mm.
Quelle différence entre flat crush et radial crush ?
Le flat crush écrase le tube entre deux plateaux, sur une ligne. Le radial crush le comprime avec une pression uniforme sur toute la surface, comme le fait un film enroulé, et se mesure en bar (méthodes CCTI T-158 avec billes d’acier et T-159 avec chambre à air). Les deux valeurs sont peu corrélées : pour les bobines de film, c’est la radiale qui compte.
Qu’est-ce que la rigidité du diamètre intérieur ?
C’est la pression en bar qui fait rentrer le diamètre intérieur de 0,1 mm. Ce n’est pas une rupture mais une rigidité, et c’est elle qui décide si la bobine sort de l’arbre. C’est aussi la valeur que l’humidité dégrade le plus : environ −12 % par point d’humidité en plus, selon les estimations du ROLL Lab.
Comment convertir N/100 mm, kN/m et lbf/in ?
100 N/100 mm = 1 kN/m = 1 N/mm. 1 lbf/in = 175,1 N/m = 17,5 N/100 mm. Donc 1 500 N/100 mm = 15 kN/m ≈ 85,7 lbf/in. Le convertisseur du ROLL Lab fait toutes les conversions.
Quelle pression une bobine de film exerce-t-elle sur le mandrin ?
De 5 à plus de 100 bar environ, en ordre de grandeur. Elle dépend de la tension d’enroulement, de l’épaisseur et du type de film, du nombre de spires, du rouleau presseur et du temps. En se rétractant après l’enroulement, le film continue de serrer : avec un film cast, la rupture survient en général sous 72 heures, avec un film soufflé entre 7 et 14 jours.
Qu’est-ce qui influence la résistance d’un tube en carton ?
Épaisseur de paroi, qualité du carton, diamètre, humidité, largeur de bande et angle d’enroulement, type de colle (silicate ou dextrine), âge du tube. L’humidité est le levier le plus puissant, et le seul qui continue de changer après la livraison.
Pourquoi la même norme donne-t-elle des chiffres différents pour le carton et le plastique ?
Pour le carton (ISO 11093-9), on mesure la force à la première rupture, c’est-à-dire le pic. Le plastique n’a pas de pic : il s’ovalise et continue de résister ; on mesure donc la force à une déformation donnée, 3 % du diamètre (ISO 9969). Sur le plastique, la charge maximale vaut environ 2,2 fois la résistance à 3 %.
Le flat crush suffit-il dans un cahier des charges ?
Non, si le tube porte une bobine de film. Le flat crush réagit peu aux variables qui comptent pour la radiale : avec l’humidité et la construction du tube, il varie 3 à 25 fois moins que la rigidité du diamètre intérieur. Un cahier des charges utile indique aussi le radial crush minimal en bar, avec la méthode.
Sources
- ISO 11093-9:2006 (rév. 2019) — Détermination de la résistance à l’écrasement à plat
- UNI 10328-7 — norme italienne équivalente (résistance à la compression)
- CCTI T-108 ; CCTI T-158 (billes d’acier, 2011) ; CCTI T-159 (chambre à air)
- ISO 9969:2007 — Tubes en thermoplastiques, rigidité annulaire
- Gerhardt, ASME Journal of Engineering Materials and Technology 112 (1990) 144–150
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