Lorsqu’il s’agit d’extrusion de tuyaux en plastique, ces 11 principes de base doivent être suivis !

Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.est unfabricant d'équipements mécaniquesavec près de 30 ans d’expériencefabricant d'équipements mécaniques, nouvelle protection de l'environnement et nouveaux équipements de matériaux. Depuis sa création, Fangli a été développé en fonction des demandes des utilisateurs. Grâce à l'amélioration continue, à la R&D indépendante sur la technologie de base et à la digestion et à l'absorption de technologies de pointe et d'autres moyens, nous avons développéLigne d'extrusion de tuyaux en PVC, Ligne d'extrusion de tuyaux PP-R, Ligne d'extrusion d'alimentation en eau/tuyau de gaz PE, qui a été recommandé par le ministère chinois de la Construction pour remplacer les produits importés. Nous avons gagné le titre de « Marque de première classe dans la province du Zhejiang ».

01  Mprincipes mécaniques

Le mécanisme de base de l'extrusion est très simple : une vis tourne dans le cylindre et pousse le plastique vers l'avant. La vis est en fait une surface inclinée ou une pente qui entourerait la couche centrale. Son but est d’augmenter la pression afin de vaincre une plus grande résistance. Pour unextrudeuse, il existe trois types de résistances à vaincre : le frottement des particules solides (alimentation) contre la paroi du fût et leur frottement mutuel lors des premiers tours de vis (zone d'alimentation) ; l'adhésion de la matière fondue à la paroi du fût ; et la résistance logistique au sein de la fonte lorsqu'elle est poussée vers l'avant.

Newton a expliqué un jour que si un objet ne se déplace pas dans une direction donnée, alors les forces exercées sur cet objet s'équilibrent dans cette direction. Une vis ne se déplace pas dans une direction axiale, même si elle peut tourner latéralement et rapidement près de la circonférence. Par conséquent, la force axiale sur la vis est équilibrée, et si elle exerce une forte poussée vers l’avant sur le plastique fondu, elle exerce également une poussée égale vers l’arrière sur l’objet. Dans ce cas, la poussée qu’il exerce est sur le roulement situé derrière l’entrée – la butée.

La plupart des vis simples sont à filetage à droite, comme les vis et les boulons utilisés dans le travail du bois et les machines. Vus de l'arrière, ils sont en contre-rotation car ils essaient de se dévisser du canon aussi loin que possible. Dans certainsextrudeuses à double vis, les deux vis tournent vers l'arrière et se croisent dans les deux canons, l'une doit donc être droite et l'autre gauche. Dans d’autres vis jumelles occluses, les deux vis tournent dans le même sens et doivent donc avoir la même orientation. Cependant, dans les deux cas, il existe des butées qui absorbent la force vers l'arrière et le principe de Newton s'applique toujours.

02 Principe thermique

Les plastiques extrudables sont des thermoplastiques : ils fondent lorsqu'ils sont chauffés et se solidifient à nouveau lorsqu'ils sont refroidis. D’où vient la chaleur nécessaire à la fonte des plastiques ? Le préchauffage de l'alimentation et les réchauffeurs de barillet/moule peuvent jouer un rôle et sont importants au démarrage, mais l'énergie d'entrée du moteur - la chaleur de friction générée dans le barillet lorsque le moteur fait tourner la vis contre la résistance de la masse visqueuse - est la source de chaleur la plus importante pour tous les plastiques, à l'exception des petits systèmes, des vis à basse vitesse, des plastiques à température de fusion élevée et des applications de revêtement par extrusion.

Pour toutes les autres opérations, il est important de reconnaître que le réchauffeur de fût n'est pas la principale source de chaleur dans l'opération et joue donc un rôle moins important dans l'extrusion que ce à quoi on pourrait s'attendre (voir Principe 11). La température arrière du canon peut toujours être importante car elle affecte l'engagement ou le taux de transport des solides dans l'alimentation. Les températures de la matrice et du moule doivent normalement être égales ou proches de la température de fusion souhaitée, à moins qu'elles ne soient utilisées dans un but spécifique tel que le vernissage, la distribution de fluide ou le contrôle de la pression.

03 Principe de décélération

Dans la plupartextrudeuses, la vitesse de la vis varie en ajustant la vitesse du moteur. Le moteur tourne généralement à une vitesse maximale d'environ 1 750 tr/min, mais c'est trop rapide pour une vis d'extrudeuse. S'il tourne à une vitesse aussi rapide, trop de chaleur de friction est générée et le temps de rétention du plastique est trop court pour préparer une masse fondue homogène et bien mélangée. Les rapports de réduction typiques se situent entre 10:1 et 20:1. Le premier étage peut être soit un engrenage, soit un jeu de poulies, mais le deuxième étage est composé uniquement d'engrenages et la vis est positionnée au centre du dernier grand engrenage.

Sur certaines machines lentes (telles quevis jumelées pour UPVC), il peut y avoir 3 étapes de décélération et la vitesse maximale peut être aussi basse que 30 tr/min ou moins (un rapport de 60:1). À l'autre extrême, certaines des très longues vis jumelées utilisées pour le mélange peuvent fonctionner à 600 tr/min ou plus et nécessitent donc un taux de décélération très faible ainsi qu'un refroidissement important.

Parfois, le taux de décélération n'est pas adapté à la tâche - il y aura trop d'énergie à utiliser - et il est possible d'ajouter un moufle entre le moteur et le premier étage de décélération pour modifier la vitesse maximale. Cela augmente la vitesse de la vis au-delà de la limite précédente ou réduit la vitesse maximale, permettant au système de fonctionner à un pourcentage plus élevé de la vitesse maximale. Cela augmentera l’énergie disponible, réduira l’ampérage et évitera les problèmes de moteur. Dans les deux cas, le rendement peut augmenter en fonction du matériau et de ses besoins en refroidissement.

04 Introduire du liquide de refroidissement

L'extrusion est le transfert d'énergie d'un moteur - parfois d'un appareil de chauffage - vers du plastique froid, le transformant ainsi d'un solide en un fondu. L'alimentation d'entrée est plus froide que les surfaces du canon et des vis dans la zone d'alimentation. Cependant, la surface du canon dans la zone d'alimentation se situe presque toujours au-dessus de la plage de fusion du plastique. Il est refroidi par contact avec les particules d'alimentation, mais la chaleur est maintenue par transfert de chaleur de l'avant chaud vers l'arrière et par chauffage contrôlé. Il peut être nécessaire d'allumer le chauffage arrière même lorsque la chaleur de l'avant est retenue par friction visqueuse et qu'aucun apport de chaleur de cartouche n'est requis. L'exception la plus importante concerne la cartouche à fente, presque exclusivement destinée au PEHD.

, les deux vis tournent vers l'arrière et se croisent dans les deux canons, l'une doit donc être droite et l'autre gauche. Dans d’autres vis jumelles occluses, les deux vis tournent dans le même sens et doivent donc avoir la même orientation. Cependant, dans les deux cas, il existe des butées qui absorbent la force vers l'arrière et le principe de Newton s'applique toujours.

05  L'aliment est collé sur le canon ou glissé sur la vis

Afin de maximiser le transport des particules solides dans la zone d'alimentation lisse du fût d'une extrudeuse monovis, les particules doivent coller au fût et glisser sur la vis. Si les pellets collent au pied de la vis, rien ne permet de les arracher ; le volume du canal et le volume d'entrée des solides sont réduits. Une autre raison d'une mauvaise adhérence à la racine est que le plastique peut se condenser thermiquement ici et produire des gels et des particules contaminantes similaires, ou adhérer et se détacher par intermittence en fonction des changements de vitesse de sortie.

La plupart des plastiques glissent naturellement sur la racine car ils sont froids lorsqu'ils entrent et la friction n'a pas encore chauffé la racine au même niveau de chaleur que la paroi du fût. Certains matériaux sont plus susceptibles d'adhérer que d'autres : le PVC hautement plastifié, le PET amorphe et certains copolymères polyoléfiniques aux propriétés adhésives recherchées pour l'utilisation finale.

Pour le canon, il faut que le plastique adhère pour pouvoir être gratté et poussé vers l'avant par le pas de vis. Il doit y avoir un coefficient de frottement élevé entre les particules et le canon, qui à son tour est fortement influencé par la température du canon arrière. Si les particules n'adhèrent pas, elles se mettent simplement en place et n'avancent pas - c'est pourquoi une alimentation régulière est mauvaise.

Le frottement de surface n'est pas le seul facteur affectant l'alimentation. De nombreuses particules n'entrent jamais en contact avec le cylindre ou le pied de vis, il doit donc y avoir une friction et une liaison mécanique de viscosité à l'intérieur des particules.

Le frottement de surface n'est pas le seul facteur affectant l'alimentation. De nombreuses particules ne touchent jamais le fût ou la racine de la vis, il doit donc y avoir une friction et un verrouillage mécanique et de viscosité à l'intérieur du granulé.

Le cylindre rainuré constitue un cas particulier. La rainure est située dans la zone d'alimentation, qui est isolée thermiquement et profondément refroidie par eau du reste du cylindre. Le fil pousse les particules dans la rainure et forme une haute pression sur une distance relativement courte. Cela augmente la tolérance de morsure pour des vitesses de vis inférieures avec le même rendement, ce qui entraîne une diminution de la chaleur de friction générée à l'extrémité avant et une température de fusion plus basse. Cela peut signifier que le refroidissement limite une production plus rapide dans les lignes de production de films soufflés. La rainure est particulièrement adaptée au PEHD, qui est le plastique ordinaire le plus lisse après le plastique perfluoré.

06 Le coût des matériaux le plus élevé

Dans certains cas, les coûts des matériaux peuvent représenter 80 % des coûts de production – plus que la somme de tous les autres facteurs – à l’exception de quelques produits dont la qualité et le conditionnement sont particulièrement importants, comme les cathéters médicaux. Ce principe conduit naturellement à deux conclusions : les transformateurs doivent réutiliser autant que possible les chutes et les déchets pour remplacer les matières premières, et respecter strictement les tolérances pour éviter les écarts par rapport à l'épaisseur cible et les problèmes de produit.

07 Les coûts énergétiques sont relativement peu importants

Même si l'attractivité et les problèmes réels d'une usine sont à la hauteur de la hausse des coûts de l'énergie, l'énergie nécessaire au fonctionnement d'une extrudeuse ne représente encore qu'une petite partie du coût total de production. La situation est toujours ainsi car le coût du matériel est très élevé et l’extrudeuse est un système efficace. Si trop d’énergie est introduite, le plastique deviendra rapidement très chaud et ne pourra plus être traité correctement.

08  La pression au bout de la vis est très importante

Cette pression reflète la résistance de tous les objets en aval de la vis : le tamis filtrant et la plaque de broyage des contaminants, le tuyau de transport adaptateur, l'agitateur fixe (le cas échéant) et le moule lui-même. Cela dépend non seulement de la géométrie de ces composants, mais également de la température dans le système, qui à son tour affecte la viscosité de la résine et la vitesse de production. Cela ne dépend pas de la conception des vis, sauf lorsqu'elle affecte la température, la viscosité et le débit. Pour des raisons de sécurité, il est important de mesurer la température : si elle est trop élevée, la tête du moule et le moule peuvent exploser et endommager le personnel ou les machines à proximité.

La pression est bénéfique pour l'agitation, en particulier dans la zone finale (zone de dosage) d'un système monovis. Cependant, une pression élevée signifie également que le moteur doit produire plus d'énergie - la température de fusion est donc plus élevée - ce qui peut spécifier la limite de pression. Dans un système à double vis, le verrouillage des deux vis constitue un agitateur plus efficace, aucune pression n'est donc requise à cet effet.

Lors de la fabrication de composants creux, tels que des tuyaux fabriqués à l'aide de moules en forme d'araignée avec des supports pour le positionnement du noyau, une pression élevée doit être générée à l'intérieur du moule pour aider à recombiner la logistique séparée. Sinon, le produit le long de la ligne de soudage pourrait être faible et rencontrer des problèmes lors de son utilisation.

09  Sortie

Le déplacement du dernier filetage est appelé écoulement normal, qui dépend uniquement de la géométrie de la vis, de la vitesse de la vis et de la densité de fusion. Elle est régulée par la logistique de la pression, qui inclut en fait l'effet de résistance lié à la réduction du débit (représenté par la pression la plus élevée) et tout effet de morsure excessif dans l'alimentation de l'augmentation du débit. La fuite sur le filetage peut se faire dans les deux sens.

Il est également utile de calculer le rendement de chaque tr/min (tour), car cela représente toute diminution de la capacité de pompage de la vis à un certain moment. Un autre calcul connexe est la puissance par cheval-vapeur ou kilowatt utilisé. Cela représente l’efficacité et peut estimer la capacité de production d’un moteur et d’un pilote donnés.

10 Le taux de cisaillement joue un rôle majeur dans la viscosité

Tous les plastiques ordinaires ont une caractéristique de réduction de la force de cisaillement, ce qui signifie que la viscosité diminue à mesure que le plastique se déplace de plus en plus vite. L'effet de certains plastiques est particulièrement évident. Par exemple, certains PVC augmentent leur vitesse d'écoulement de 10 fois ou plus lorsque la poussée est doublée. Au contraire, la force de cisaillement du LLDPE ne diminue pas trop, et lorsque l'inférence est doublée, sa vitesse d'écoulement n'augmente que de 3 à 4 fois. L'effet réduit de réduction de la force de cisaillement signifie une viscosité élevée dans des conditions d'extrusion, ce qui signifie qu'une plus grande puissance moteur est nécessaire.

Cela peut expliquer pourquoi le LLDPE fonctionne à une température plus élevée que le LDPE. Le débit est exprimé en taux de cisaillement, qui est d'environ 100 s-1 dans le canal de vis, entre 100 et 100 s-1 dans la plupart des formes d'embouchure de moule et supérieur à 100 s-1 dans l'espace entre le filetage et la paroi du cylindre et dans certains petits espaces du moule.

Le coefficient de fusion est une méthode de mesure de la viscosité couramment utilisée, mais elle est inversée (comme par exemple débit/poussée plutôt que poussée/débit). Malheureusement, sa mesure dans une extrudeuse avec un taux de cisaillement de 10 s-1 ou moins et un indice de fusion rapide peut ne pas constituer une véritable valeur de mesure.

11 Le moteur est opposé au barillet, et le barillet est opposé au moteur

Pourquoi l’effet de contrôle du canon n’est-il pas toujours celui attendu, notamment dans la zone de mesure ? Si le fût est chauffé, la viscosité de la couche de matériau au niveau de la paroi du fût diminue et le moteur nécessite moins d'énergie pour fonctionner dans ce fût plus lisse. Le courant du moteur (ampères) diminue. Au contraire, si le fût refroidit, la viscosité de la matière fondue au niveau de la paroi du fût augmente et le moteur doit tourner plus vigoureusement, augmentant ainsi le nombre d'ampères. Une partie de la chaleur évacuée lors du passage dans le canon est ensuite renvoyée par le moteur. Habituellement, le régulateur du baril a un effet sur la fonte, ce à quoi nous nous attendons, mais l'effet n'est pas aussi important que la variable régionale. Il est préférable de mesurer la température de fusion pour vraiment comprendre ce qui s'est passé.

Cela peut expliquer pourquoi le LLDPE fonctionne à une température plus élevée que le LDPE. Le débit est exprimé en taux de cisaillement, qui est d'environ 100 s-1 dans le canal de vis, entre 100 et 100 s-1 dans la plupart des formes d'embouchure de moule et supérieur à 100 s-1 dans l'espace entre le filetage et la paroi du cylindre et dans certains petits espaces du moule.

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