Aperçu
Les procédés d'extrusion offrent les avantages d'une transformation complète et polyvalente des matières plastiques, dont l'importance économique est inégalée par tout autre procédé. Les lignes d'extrusion sont les plus grandes usines de transformation de matières plastiques dans le monde et peuvent être considérées comme les machines de production les plus importantes de l'industrie du plastique.
TYPE ET CONSTRUCTION DE L'EXTRUDEUR
Il existe de nombreux types d'extrudeuses différents qui ont été conçus pour produire une grande variété de plastiques et de produits. Les extrudeuses à vis unique et à double vis sont les plus utilisées.
1.1 Extrudeuse à double vis conique
1.2 Extrudeuse à vis unique
Lors du choix de la taille d'une extrudeuse et de son mécanisme d'entraînement, les considérations à évaluer comprennent :
La gamme de vitesses de vis à évaluer comprend :
(1) la plage de vitesse de vis nécessaire ;
(2) l’exigence selon laquelle la vitesse de la vis doit être infiniment variable et peut nécessiter certains niveaux de vitesse ou plusieurs plages ;
(3) puissance maximale requise du variateur en fonction du plastique à traiter ;
(4)relation requise entre la vitesse de la vis et le couple sur l'arbre de la vis ;
(5) si la machine doit être utilisée pour un ou plusieurs produits. Les entraînements sont constitués de moteurs ou de courroies, qui sont reliés aux vis par des systèmes tels que des réducteurs à double réduction. Les entraînements par courroies sont utilisés pour les machines plus petites. Les entraînements simplifient la transformation des vitesses élevées du moteur en vitesses plus faibles et en couple élevé requis pour faire fonctionner et contrôler les vis.
FONCTIONNEMENT DE L'EXTRUSION
Le fonctionnement de la machine peut se dérouler en trois étapes. La première étape consiste à faire fonctionner l'extrudeuse pour la mettre en température avec les réglages opérationnels des équipements en amont et en aval. L'étape suivante consiste à définir les conditions de traitement requises pour répondre aux exigences du produit au moindre coût. La dernière étape est consacrée au réglage fin et à la résolution des problèmes de la ligne complète. Une opération réussie nécessite une attention particulière à de nombreux détails, tels que la qualité de la fusion, le profil de température adéquat pour la fusion mais qui ne dégrade pas le plastique, la production d'un minimum de rebuts et les procédures de démarrage et d'arrêt qui ne provoqueront pas (ou ne minimiseront pas) la dégradation du plastique.
dégrader le plastique. La figure 1.8 montre des exemples de température
profils pour différents plastiques.
TRAITEMENT DU PLASTIQUE
Une extrudeuse est une combinaison de convoyeur à vis et de compresseur. En tant que convoyeur, elle agit mécaniquement comme une « vis » vers l'arrière. Comme la vis elle-même reste au même endroit, le plastique se déplace et est expulsé à travers la matrice. Comme le plastique est visqueux et développe une résistance par frottement à l'écoulement, une puissance est nécessaire pour faire tourner la vis. En tant que compresseur, la vis déplace d'abord le plastique solide (granulés, etc.) et le plastique fond progressivement. Au stade solide, il est plus dense, en particulier le plastique cristallin ; avec ce plastique, des espaces d'air existent, ce qui fait qu'ils ont une faible masse volumique apparente (poids par volume). La vis comprime le plastique solide ensemble. Grâce à cette action de pression, l'air emprunte généralement le chemin de moindre résistance et est repoussé hors de l'ouverture d'alimentation. S'il reste de l'air dans la masse fondue, il peut être libéré lorsque la masse fondue sort de la matrice sans endommager le produit ou il peut rester dans le produit sous forme de contamination.
PROFIL DE CHAUFFAGE ET DE REFROIDISSEMENT D'EXTRUSION
Exemples de températures de fusion dans une extrudeuse
La chaleur nécessaire au ramollissement du plastique est fournie de deux manières : par le chauffage externe du cylindre et par les forces de frottement internes exercées sur le plastique en raison de l'action de la vis métallique dans le cylindre métallique. La quantité de chaleur de frottement fournie est appréciable. Dans de nombreuses opérations d'extrusion, elle représente la majeure partie de la chaleur totale fournie au plastique. On peut utiliser l'électricité, un fluide tel que la vapeur ou l'huile chaude. Le chauffage électrique est généralement préféré car il est le plus pratique, réagit rapidement, est le plus facile à régler, est facile à nettoyer, nécessite un minimum d'entretien, couvre une plage de températures beaucoup plus large et est généralement le moins coûteux en termes d'investissement initial.
ÉQUIPEMENT AUXILIAIRE
En aval de la matrice, différents types d'équipements de prélèvement sont utilisés pour répondre aux différentes exigences du produit. Ils comprennent des dispositifs de calibrage, des cuves de refroidissement, des dispositifs d'enroulement, des commandes de vitesse de ligne (mécaniques, électriques et/ou soniques), des commandes de tension (cabestans, etc.), des dispositifs de traction (chenilles, rouleaux pinceurs, courroies mobiles opposées, etc.), des coupeurs en ligne, des équipements de collecte (auges, cuves, empileurs, etc.), des machines de postformage, des rouleaux de prélèvement rapide, etc.
CONSERVATION DE L'ÉNERGIE
Figure 1.3 Exemples de pertes d'énergie d'une extrudeuse
Lors de l'examen de l'énergie consommée ou perdue, l'équipement utilisé dans la chaîne de production complète ainsi que le plastique sont impliqués. Nos machines PLASTIQUES POLYTECH font un effort continu pour réduire la consommation d'énergie ainsi que les pertes d'énergie. La figure 1.3 est
un exemple où des pertes d'énergie/chaleur d'une extrudeuse se produisent.
Comparés à d'autres matériaux, les plastiques ont les plus faibles besoins énergétiques spécifiques pour leur fabrication (Fig. 1.4), la fabrication des produits et la plus faible consommation d'énergie pour le recyclage. La conservation de l'énergie peut être envisagée dans l'extrusion ainsi que dans l'ensemble de l'industrie du plastique sous plusieurs angles, de la production du plastique au traitement et au recyclage des produits. Dans pratiquement toutes les évaluations, l'utilisation du plastique permet d'économiser ou de réduire les besoins énergétiques. Dans les automobiles, les avions et d'autres moyens de transport, l'utilisation croissante du plastique réduit le poids et la consommation de carburant ; un exemple est le remplacement du petit whisky
Les bouteilles à bord des avions sont fabriquées à partir de bouteilles en plastique moulées par soufflage extrudé plutôt qu'en verre, ce qui permet d'économiser beaucoup d'énergie. L'utilisation de plastiques dans la construction permet d'économiser de l'énergie grâce aux gains d'isolation. De plus, le simple fait d'expédier des produits en plastique plus légers permet d'économiser de l'énergie.
Figure 1.4 Besoins énergétiques pour différents matériaux.
PROGRÈS DANS LE PROCÉDÉ D'EXTRUSION
Depuis ce début, les progrès dans le domaine des plastiques ont été suivis par des progrès dans le domaine des équipements d'extrusion. Grâce à toutes ces actions, Polytech plastic machinaery co., Ltd a réalisé un travail approfondi en rhéologie et en thermodynamique pour mieux comprendre le processus d'extrusion des plastiques et d'autres matériaux. Les résultats continuent d'augmenter les taux de production, d'augmenter le contrôle sur les variables d'extrusion et/ou de réduire les coûts. Les développements majeurs continuent d'être dans le perfectionnement des méthodes d'extrusion existantes.