Discussion technique sur la ligne d'extrusion de tuyaux PE-RT à grande vitesse

Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.est unfabricant d'équipements mécaniquesavec plus de 30 ans d'expérience danséquipement d'extrusion de tuyaux en plastique, 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 la technologie 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 ».

I. Aperçu

Le polyéthylène à résistance à température élevée (en abrégé PE-RT) est un nouveau type de matériau de tuyauterie en plastique. En raison de sa résistance hydrostatique à long terme supérieure, de sa résistance à la température, de sa flexibilité de traitement, de sa longue durée de vie, de sa thermofusible et de sa recyclabilité par rapport aux tuyaux PE traditionnels, les tuyaux PE-RT sont devenus un pilier dans la construction de systèmes d'eau chaude et de systèmes de chauffage par le sol. En particulier, leur part de marché dans les systèmes de canalisations de chauffage par le sol augmente régulièrement. Pour répondre aux exigences d'une croissance rapide du marché, les fabricants adoptent des méthodes visant à améliorer la productivité du travail, notamment en augmentant la vitesse de la chaîne de production des équipements d'extrusion afin d'augmenter le rendement par unité de temps. Les lignes de production à grande vitesse fonctionnent généralement à des vitesses plus du double de celles des lignes conventionnelles (5 à 6 m/min). Pour les grands fabricants de tuyaux en particulier, la réduction du nombre d'unités d'équipement permet une utilisation plus efficace de l'espace de l'usine et réduit les coûts de main-d'œuvre. Moins d’unités d’équipement facilitent également le contrôle des processus, ce qui est crucial pour garantir une qualité constante et uniforme des tuyaux. De plus, les lignes de production à grande vitesse consomment nettement moins d’énergie réelle que les lignes conventionnelles fonctionnant à des vitesses de fonctionnement élevées, offrant ainsi une plus grande efficacité énergétique. Le doublement de l'efficacité par machine individuelle permet aux fabricants de tubes de répondre avec flexibilité aux demandes en constante évolution du marché, d'exécuter les commandes des clients dans les plus brefs délais, de réduire les stocks de produits finis et d'accélérer la rotation des capitaux. Cet article explique comment parvenir à une production à grande vitesse de tuyaux de chauffage par le sol en PE-RT grâce au contrôle technique des processus, améliorant ainsi l'efficacité de la production pour répondre à la demande croissante du marché.

II. Contrôle des processus

Flux de processus :

Granulés de matière première → Séchage →Extrudeusechauffage → Matrice spécifique aux tubes PE-RT → Dimensionnement sous vide → Refroidissement et mise en forme → Impression de tubes → Haute vitesseunité de transport → Coupeur sans copeaux→ Unité d'enroulement → Inspection visuelle et contrôle dimensionnel → Conditionnement simple → Test de pression → Conditionnement sur qualification → Entreposage

Les matériaux utilisés pour les tuyaux PE-RT incluent DOWLEX 2344/2388E de Dow Chemical (États-Unis), YUCLAIR DX800 et DX900 de SK Corporation (Corée du Sud), SP980 de LG Chem, XP 9000 de Daelim Industrial, etc. Dans l'extrusion à grande vitesse, les paramètres de traitement varient considérablement en fonction de la matière première utilisée. Par conséquent, un contrôle strict de la qualité des matières premières constitue également une garantie importante pour garantir la qualité et la durée de vie des tuyaux PE-RT produits à grande vitesse.

Pour les matières premières PE-RT, le rendement le plus élevé est atteint dans une plage de température de traitement de 180 à 210 °C. Lors de l'extrusion à grande vitesse, si la température est trop basse, une mauvaise plastification peut se produire, entraînant une surface de tuyau terne et non brillante ou une fracture à l'état fondu. Si la température est trop élevée, la paraison extrudée devient trop molle et la surface du tuyau a tendance à développer de fines marques d'ondulation. Par conséquent, les fluctuations de température doivent être contrôlées dans une plage d'environ ±5 °C. Des écarts plus importants peuvent entraîner des variations dans l’épaisseur et les performances des parois des tuyaux.

III.Équipement d'extrusion de tuyaux PE-RT

Étant donné que les tuyaux de chauffage par le sol sont fournis en serpentins (généralement 200 à 300 mètres par serpentin), les écarts dans les sections médianes du tuyau ne sont pas facilement détectables, ce qui peut présenter des risques de qualité. La production de tubes PE-RT nécessite que les excellentes propriétés de la matière première soient « répliquées » sur le tube fini, tout en réalisant également une extrusion continue et à grande vitesse pour produire des produits de haute qualité avec des retours économiques favorables. Cela nécessite des équipements avancés et des instruments de contrôle de haute précision. Par conséquent, la conception de l’extrudeuse principale est d’une importance cruciale ; sinon, il sera difficile d’atteindre à la fois le rendement et la qualité. La ligne de production utilise généralement une extrudeuse à vis Φ65, capable d'atteindre un rendement allant jusqu'à 250 kg/h et des vitesses de production stables de 15 à 25 m/min ou plus. La conception ci-dessus vise à intégrer de manière optimale chaque processus du point de vue technique et économique pour obtenir les meilleures performances et rentabilité. En raison de la viscosité à l'état fondu relativement élevée du PE-RT, l'extrudeuse est conçue avec un couple de sortie élevé, des butées importées et des engrenages en alliages spéciaux avec un traitement thermique spécialisé pour réduire le bruit et les pertes de chaleur. Les opérations d'extrusion sont contrôlées par des systèmes de contrôle avancés pour garantir une extrusion stable, sûre et à grande vitesse du PE-RT.

Pendant le traitement des tuyaux PE-RT, si les étapes de fusion, de formation de paraison et de refroidissement/dimensionnement ne sont pas correctement contrôlées, les propriétés mécaniques du tuyau peuvent diminuer en raison de la dégradation du matériau, de l'orientation de la chaîne moléculaire ou de la cristallisation pendant le refroidissement. La plastification de la matière première et le refroidissement/encollage de la paraison sont des facteurs clés dans le contrôle de la qualité de l'extrusion. Pour les équipements d’extrusion, les points suivants doivent être respectés :

1. Adoptez des températures de fusion basses pour minimiser la dégradation des matériaux pendant la fusion et la plastification.

2. Assurer des propriétés de fusion excellentes et uniformes, empêchant l'orientation longitudinale des chaînes moléculaires du polymère pendant la formation de la paraison.

3. Obtenez un refroidissement uniforme pour réduire les contraintes internes dans le tuyau.

IV. Conception de vis et de baril

Basé sur les caractéristiques des matières premières PE-RT, la vis nécessite un rapport longueur/diamètre (L/D) relativement important, généralement conçu à 33:1. La structure de la vis adopte une conception de vis de mélange à deux étages, avec des éléments de mélange incorporés à la fois au milieu et à l'extrémité avant de la vis pour éviter un cisaillement excessif du matériau. La section d'alimentation du canon utilise une structure de bague indépendante avec circulation de fluide de refroidissement et rainure axiale interne. Ces conceptions structurelles contribuent à améliorer l’efficacité de transport de la section d’alimentation. Les matériaux des vis et du canon sont constitués d'alliages de haute qualité avec des traitements de surface spécialisés. Le canon et la vis doivent être fabriqués avec une très haute précision. Si la précision est insuffisante, sur la base du principe d'équivalence temps-température, tout matériau stagnant adhérant à des surfaces non lisses subira effectivement une exposition prolongée à haute température au fil du temps, conduisant potentiellement à des produits de dégradation ou de décomposition. Une production continue sur des périodes prolongées peut alors entraîner l'apparition de taches noires intermittentes sur la surface du tuyau, affectant négativement la qualité du produit.

V. Conception de tête de filière spécifique au PE-RT

Les têtes de filière d'extrusion de tubes conventionnelles, telles que les filières de type araignée (supportées par un mandrin), ont du mal à garantir la production de tubes PE-RT en raison de défauts de la ligne de soudure dans l'écoulement de la matière fondue. Actuellement, les têtes de filières en spirale sont principalement utilisées au niveau national et international, avec un taux d'étirage généralement compris entre 1,3 et 1,6. La douceur de la lèvre de la filière et de la surface du mandrin influence directement l'apparence de la surface du tuyau. Des problèmes tels que l'instabilité de la production et de la qualité peuvent entraîner des rayures, de fausses fissures causées par le refroidissement par eau ou une accumulation de matière fondue sur la surface du tuyau. En cas de service prolongé à haute température et haute pression, ces imperfections de surface peuvent devenir des points de départ de ruptures d'éclatement, raccourcissant ainsi la durée de vie du produit.

En pratique, une conception de tête de filière plus adaptée à l'extrusion PE-RT a été développée, appelée tête de filière spécifique au PE-RT. Lorsque le flux de fusion provenant de l'extrudeuse entre dans la tête de filière, il passe d'abord à travers un diviseur de flux en forme d'étoile, se divisant en plusieurs flux, qui se recombinent ensuite et passent à travers un distributeur en spirale pour former un flux de fusion tubulaire annulaire. Ce flux traverse ensuite un dispositif de filtration annulaire, subit une compression progressive après recombinaison, et entre enfin dans le canal de formage composé du mandrin et de la lèvre de la filière pour être extrudé en paraison. Grâce à de multiples étapes de division et de recombinaison, la masse fondue atteint un degré élevé de plastification homogène. L'expérience pratique a démontré que cette tête de filière permet l'extrusion « basse température et basse pression » préconisée pour le PE-RT par les lignes de production internationales avancées, et que sa conception empêche intrinsèquement la dégradation du matériau due à un cisaillement excessif, ce qui la rend particulièrement adaptée à la production à grande vitesse.

VI. Système de dimensionnement et de refroidissement à haute efficacité

La configuration de base d'unLigne de production de tubes PE-RTest similaire à celui des conduites générales en polyoléfine, la principale différence résidant dans la structure de la section de refroidissement et de dimensionnement.

En raison de la viscosité élevée de la masse fondue PE-RT, un anneau de pré-refroidissement est généralement installé avant le manchon de calibrage pour faciliter l'entrée en douceur de la paraison. De plus, étant donné que le PE-RT a une enthalpie élevée, une unité combinée de refroidissement et de dimensionnement de type manchon et type disque peut être utilisée pour accélérer le refroidissement. La structure, la précision d'usinage et la méthode de refroidissement du manchon de dimensionnement sont essentielles à la qualité du traitement des tuyaux PE-RT. Un manchon de dimensionnement à anneau d'eau de type disque (dans lequel l'eau de refroidissement circule autour du manchon de dimensionnement sans entrer directement en contact avec le tuyau) permet une production rapide de tuyaux à paroi mince (eau froide) à court terme. Cependant, étant donné que le matériau pénètre dans le manchon de calibrage à une température relativement élevée et avec une viscosité élevée, l'utilisation prolongée d'un manchon de calibrage classique à film d'eau peut entraîner une rugosité progressive de la surface extérieure du tuyau, voire une rupture du tuyau. Par conséquent, pour la production de tuyaux PE-RT, un manchon de dimensionnement de type disque à rideau d'eau est recommandé. Cette conception assure un pré-refroidissement du tuyau avant qu'il n'entre dans le manchon de dimensionnement et empêche également l'adhérence du matériau et le blocage à l'entrée du manchon de dimensionnement. Étant donné l'enthalpie relativement élevée du matériau PE-RT, en particulier lors de la production de tubes à grande vitesse, une longueur de refroidissement totale plus longue est nécessaire pour répondre aux vitesses d'extrusion plus élevées. Généralement, la longueur totale de refroidissement de la ligne de production dépasse 23 mètres, comprenant un réservoir de calibrage sous vide et deux auges d'eau de refroidissement. Cette configuration de longueur de refroidissement est conçue pour fournir une capacité de refroidissement suffisante pour produire des tuyaux de 20 x 2,0 mm à des vitesses linéaires supérieures à 15 m/min.

VII. Conclusion

Pour garantir à la fois le rendement et la qualité de la production de tubes PE-RT à grande vitesse, il est essentiel d'utiliser des équipements et des outillages avancés et de haute précision, d'adopter des méthodes de dimensionnement rationnelles et appropriées et des contrôles de processus rigoureux, et d'appliquer des mesures strictes de contrôle de qualité en conjonction avec des matières premières de haute qualité. En améliorant la productivité du travail, les fabricants peuvent réduire leurs coûts de transformation et augmenter leur production, offrant ainsi des produits à des prix plus compétitifs pour répondre à la demande en constante expansion du marché.

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