Tuyaux de forte épaisseur et de grand diamètre : comment éviter l'affaissement lors de l'extrusion de tuyaux

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 ».

L'utilisation accrue de tuyaux de grand diamètre, de 630 mm à 1 200 mm, dans diverses applications, a encouragé le développement de matériaux PE100 adaptés aux tuyaux de grand diamètre afin d'éviter les problèmes lors de l'extrusion, comme l'affaissement.

Le maintien des dimensions dans les limites des spécifications est problématique pour l'extrusion de tuyaux en PEHD à paroi épaisse et de grand diamètre (paroi > 75 mm) en raison de l'affaissement provoqué par une résistance insuffisante à la fusion de la résine.

À mesure que le diamètre du tuyau en PEHD augmente pendant l'extrusion :

·L'épaisseur augmente ;

Il existe deux manières de contribuer à l'élimination de l'affaissement

·La vitesse linéaire diminue.

La production des tuyaux de grand diamètre prend généralement 3,3 heures et peut comporter différents segments de :

·Cristallinité différente ;

·Épaisseur différente ;

·Teneur d'humidité différente, etc.

Développement de la cristallinité :

Dans la plupart des procédés d'extrusion de PEHD, 60 à 80 % de la cristallisation a lieu pendant la phase de refroidissement du traitement et jusqu'à 90 % se produit dans la semaine suivant le traitement. La cristallisation restante peut prendre des mois, en fonction de la température ambiante. Cependant, la cristallisation se poursuit jusqu'à ce qu'une structure cristalline stable soit obtenue.

Le problème de l’affaissement dans l’extrusion de tuyaux :

La production des tuyaux de grand diamètre prend généralement 3,3 heures et peut comporter différents segments de :

L'affaissement de l'extrusion des tuyaux peut entraîner une grave non-uniformité de l'épaisseur de la paroi du tuyau, augmenter l'ovalité et compenser la concentricité du tuyau et créer un gaspillage de matériau au fond du tuyau, ajoutant des coûts de production supplémentaires et entraînant une qualité de produit final non optimale.

L'affaissement se produit toujours lors de la production de tuyaux à paroi épaisse de grand diamètre et correspond à l'écoulement du matériau du haut vers le bas du tuyau avant qu'il ne soit gelé par l'eau de refroidissement.

Il existe deux manières de contribuer à l’élimination de l’affaissement lors de l’extrusion de tuyaux :

a) En compensant l'écartement de la matrice – mais cela prend du temps et conduit toujours à l'utilisation de matériau supplémentaire et à une variation d'épaisseur. Le décalage de la matrice permet également d'éviter une épaisseur de paroi élevée au fond.

b) En utilisant un matériau HDPE à faible affaissement et en optimisant le processus de refroidissement. On pense qu'une composition de polyéthylène bimodale ayant une viscosité élevée à une faible contrainte de cisaillement améliore le comportement à l'affaissement de la masse fondue polymère. Le tuyau est extrudé à travers une filière annulaire et refroidi sur les surfaces intérieure et extérieure.

Compensation de l'écart entre les matrices :

La manière conventionnelle de réduire l'affaissement dans les processus d'extrusion de tuyaux consiste à ajuster manuellement l'excentricité de la filière, jusqu'à ce qu'un profil d'épaisseur de paroi acceptable soit obtenu. Cette procédure fastidieuse d'essais et d'erreurs peut prendre jusqu'à plusieurs tentatives pour obtenir le bon profil. Pour minimiser les efforts et compenser l'effet d'affaissement, l'écartement de la filière est ajusté avant de commencer l'extrusion de telle sorte que l'écartement de la filière soit davantage en haut et moins en bas de la filière.

Nous pouvons utiliser un instrument de mesure d'épaisseur en ligne à ultrasons, avec quatre emplacements à 90° les uns des autres, et afficher la variation d'épaisseur sur l'écran. Alternativement, un équipement portable peut être utilisé pour mesurer l'épaisseur de la conduite à différents endroits du tuyau. Une fois que nous connaissons la variation d'épaisseur, nous pouvons l'affiner en modifiant de manière adéquate la température du réchauffeur segmenté, pour contrôler l'épaisseur et économiser le gaspillage, ainsi qu'améliorer la qualité.

Qu’est-ce que le PEHD à faible affaissement ?

Les résines modernes « à faible affaissement » permettent de produire des tuyaux avec des diamètres plus grands et des parois plus épaisses qu'auparavant. Il existe un besoin pour des compositions spéciales de polyéthylène, qui présentent un équilibre amélioré entre un faible comportement à l'affaissement et une aptitude au traitement, pour supporter des tuyaux sous pression de grand diamètre (jusqu'à 1 200 mm) avec des épaisseurs de paroi de 100 mm, qui peuvent être extrudés avec des lignes existantes et des ajustements standard des têtes de filière. La composition doit également présenter un bon équilibre entre propriétés mécaniques et résistance à la pression pour répondre aux exigences PE100. (Backman, M et Lind, C. 2001).

En raison de l'épaisseur de paroi élevée et du processus de refroidissement lent régi par la conductivité thermique du PE, il est de la plus haute importance que le PEHD à l'état fondu possède une résistance à la fusion suffisante pour empêcher le matériau de s'affaisser jusqu'au fond du tuyau.

Des tentatives ont été faites pour y parvenir grâce à une conception moléculaire du PEHD qui équilibre une résistance élevée à l'état fondu avec une bonne aptitude au traitement et un bon débit.

L'utilisation de l'hexène comme comonomère dans la résine PE100 spécifiquement développée pour les canalisations de très grand diamètre est connue pour apporter les avantages suivants :

· Meilleure résistance à la croissance lente des fissures ;

·Meilleure résistance à la propagation rapide des fissures ;

·Résistance à la fusion supérieure (faible affaissement).

BorSafe HE3490-ELS-H, PE100, est un matériau dans lequel la répartition du poids moléculaire a été ajustée pour augmenter la viscosité à faible taux de cisaillement, ce qui réduit l'affaissement dans les processus d'extrusion de tuyaux, tout en permettant d'utiliser le même matériau pour des tuyaux de plus petit diamètre. Il s'agit d'un matériau bimodal en polyéthylène haute densité MRS 10 spécialement conçu pour simplifier la production de tuyaux en PEHD à paroi épaisse et de grand diamètre (au-dessus de 80 mm d'épaisseur) grâce à sa résistance exceptionnelle à l'affaissement et à sa résistance supérieure à la fusion. De nombreux essais ont démontré une moyenne allant jusqu'à 7 % d'économies de matériaux et un meilleur contrôle dimensionnel par rapport au PE100 standard lors de la production de tuyaux avec une épaisseur de paroi supérieure à 80 mm, quel que soit le diamètre extérieur du tuyau. Par exemple, des essais ont été menés pour des tuyaux de 1 200 mm x SDR 11 avec un matériau standard à faible affaissement et un matériau à très faible affaissement. L’essai a clairement montré une bien meilleure répartition de l’épaisseur de paroi obtenue avec le matériau à très faible affaissement. (Abdullah Saber et Hussein Basha, 2021).

De plus, en utilisant l'outillage approprié et un matériau à faible affaissement, la valeur du surpoids peut être maintenue à un niveau bas, ce qui entraîne une réduction de la matière première et, par conséquent, une réduction des coûts de production. Normalement, tous les fabricants de tubes devraient essayer de travailler à 30 % de la tolérance d'épaisseur. Et ce pour deux raisons : avoir un haut niveau de qualité mais surtout réduire les coûts de production. L’objectif est d’avoir une surpondération de 3 à 3,5 %.

Si vous avez besoin de plus d'informations,Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.vous invite à nous contacter pour une demande détaillée, nous vous fournirons des conseils techniques professionnels ou des suggestions d'achat d'équipement.