Vous avez des questions sur l’extrusion, et Allan Griff a les réponses. Mais ce qu’il n’avait pas lors d’un récent webinaire sur les principes clés de l’extrusion organisé par PlasticsToday, c’était le temps. Des dizaines de questions ont afflué de la part des participants et il n’a pu répondre qu’à une poignée d’entre elles pendant le temps imparti pour le Q&A en direct. Comme promis au début de la webémission, il a toutefois répondu par e-mail à toutes les questions restées sans réponse dans la file d’attente. Il nous est venu à l’esprit que d’autres personnes du secteur de l’extrusion pourraient bénéficier de cet échange, c’est pourquoi nous le partageons ici.
A propos, si vous avez manqué le webinaire, vous pouvez toujours l’écouter gratuitement à la demande. Il suffit de cliquer ici, de vous asseoir et d’apprécier !
Et maintenant, devenons techniques.
Q : Pouvez-vous décrire les sources les plus courantes de défauts visuels, tels que les points noirs ou les gels, et ce qui peut être fait pour y remédier ?
A : La dégradation se produit dans les zones à mouvement lent de la tête et de la filière, en particulier si la filière est laissée pleine et chaude pendant une longue période. La résine avec moins de stabilité thermique (moins d’antioxydant) se dégradera plus tôt. La stabilité thermique peut être testée mais fait rarement partie des spécifications d’achat. Elle est réduite si un rebroyé important est utilisé dans le mélange, mais on peut ajouter plus d’antioxydant sous forme de concentré, comme les colorants.
Le drool sur les bords de la lèvre externe peut aussi être une cause, surtout avec le film soufflé, où la filière extrude vers le haut et la surface est horizontale. Les aides au procédé et l’air dirigé vers la ligne d’émergence réduiront la bave.
L’alimentation contaminée peut introduire à peu près n’importe quoi, mais une grande partie peut être attrapée par les tamis, selon la maille utilisée. Pour une filtration très fine, on utilise des tamis en fibre métallique frittée. Le tamisage aidera avec tout ce qui sort de la vis, mais pas avec ce qui se forme dans la filière.
Les vrais gels sont des polymères réticulés à un stade précoce de la réaction de surchauffe – clairs si le produit est clair mais peut-être jaunis, et insolubles dans les solvants qui dissolvent le polymère non réagi. Ils peuvent se former n’importe où, même dans la vis, et passer à travers les écrans, où ils peuvent se briser en « douches » de gel. »
Q : Existe-t-il une règle pour calculer le disque de rupture correct si je fonctionne à 3000 PSI ?
A : Cela dépend des limites de sécurité de la machine et des conséquences d’un arrêt. Toutes les extrudeuses commercialement responsables peuvent prendre 3000 psi facilement. Assurez-vous également que la filière et la tête peuvent supporter les pressions prévues, mais la pression maximale se situe à l’extrémité de la vis (où le manomètre devrait se trouver, derrière les écrans) ou parfois plus en arrière dans le baril. L’alarme du manomètre est importante et peut éviter des arrêts inutiles. Vous pourriez régler une alarme à 4500, mais mettre un disque pour 5000 ou plus.
Q : Quel est votre point de vue sur l’utilisation du matériau rebroyé ?
A : Utilisez autant que vous le pouvez sans perdre la vente ou le client. Testez pour assurer la cohérence et la dégradation minimale, mais ne vous attendez pas à une fidélité stricte des couleurs. Gardez-le propre pour éviter la contamination et les concentrateurs de stress dans le produit. Si vous achetez à l’extérieur, achetez judicieusement pour obtenir des prix bas et une perte minimale de stabilité thermique.
Q : Pouvez-vous commenter l’effet de la taille des particules de rebroyage par rapport à la résine vierge sur le processus global et la qualité résultante ?
A : Si elles ne sont pas uniformes et similaires, il peut y avoir des domaines avec plus de rebroyage (plus décolorés, peut-être plus faibles) et des domaines de vierge. Si prémélangé, le vierge plus dense peut se déposer sur le fond et causer une telle inégalité, aussi. Si la matière rebroyée n’est pas compromise thermiquement (utilisation minimale d’antioxydant), cela peut ne pas faire une grande différence. Toutes les particules doivent être sensiblement plus petites que la profondeur du canal dans la zone d’alimentation. Le mieux est d’utiliser deux alimentateurs séparés réglés selon les proportions souhaitées.
Q : Existe-t-il différents modèles de vis (pas) pour différents plastiques ?
A : Non, la plupart des pas sont soit carrés (17,6˚), soit modifiés pour des raisons spécifiques, comme dans une section de barrière ou pour une alimentation légère et pelucheuse.
Q : Pouvez-vous commenter l’utilité d’effectuer des tests d’écoulement de la matière fondue sur la feuille extrudée, avant les processus secondaires (c’est-à-dire , thermoformage) ?
A : Si vous avez également testé la matière première, vous pouvez alors voir dans quelle mesure, le cas échéant, la matière s’est dégradée au cours de l’étape de traitement. Les viscosités des solutions le montreront également pour le PVC, le PET et quelques autres.
Q : Comment contrôlez-vous le mélange de différents polymères ?
A : Une très grande question : Certains mots-clés incluent la conception des vis, l’usure des volées de vis (qui aide parfois), les mélangeurs statiques, un paquet de tamis plus serré ou plus ouvert, le contrôle de la température de la racine de la vis, la résistance de la filière et la sélection de supports de concentré qui ont un débit beaucoup plus élevé que le matériau de base.
Q : Comment la teneur en humidité (ou le séchage du matériau avant le traitement) affecte-t-elle le processus d’extrusion et le produit extrudé résultant ?
A : Cela dépend du polymère et des additifs. La plupart des polymères d’addition (PE, PP, PS, PVC) n’absorbent pas l’humidité, mais leurs additifs, comme les charges et les pigments, pourraient le faire. Dans ce cas, tout ce qui dépasse environ 0,1 % de H2O en poids s’évapore à la sortie de la filière et crée des lignes pointillées ou des bulles sur la surface extrudée. Cette quantité d’humidité peut être éliminée par un évent ou dans un séchoir à air chaud, le mieux étant de le monter sur ou à proximité de l’extrudeuse. Quelques polymères d’addition, notamment l’ABS et les acryliques, absorbent plus de 0,1 %, surtout dans les régions humides. Dans ces cas, un séchage plus agressif peut être nécessaire, comme un séchoir déshumidificateur ou parfois un double évent. Avec les polymères de condensation (PET, PC et les nylons), l’eau est chassée lors de la réaction de polymérisation et, à la température de fusion, l’eau attaque et rompt la liaison d’où elle provient. Le produit est alors plus faible en termes de résistance à la traction et à l’impact, mais pas moins rigide. Ces polymères doivent être séchés à des niveaux beaucoup plus bas (0,01% ou moins) ; les séchoirs déshumidificateurs sont courants, mais parfois un évent est suffisant si l’extrusion est assez rapide (temps de résidence plus faible à la température de fusion) pour maintenir cette dégradation à des niveaux tolérables.
Q : Quelle est la meilleure technique pour mesurer la température de la masse fondue, et quels sont les pièges les plus courants affectant la fiabilité de la lecture de la température ?
A : Sonde de température de la masse fondue séparée dans la tête, bien après les écrans et le mélangeur statique si possible ; la profondeur variable est la meilleure mais facilement endommagée. De même, la mesure infrarouge de l’extrudat émergeant est bonne si la jauge est maintenue fermement ou montée de manière fixe. Pour les produits ronds, balayez lentement le produit et recherchez la valeur la plus élevée. La jauge double à l’extrémité de la vis est moins fiable mais c’est mieux que rien. Ne pas juger à partir des températures du baril ou du métal de la matrice, et ne pas supposer que toute la masse est à la même température à travers le chemin d’écoulement.
Les pièges incluent l’étalonnage des jauges (eau bouillante 212 F et éthylène glycol pur = antigel 387 F).
Q : La fissuration provient-elle des maux de la surchauffe ?
A : Si vous voulez parler de la fissuration d’une pièce finie, oui ; la chaleur supplémentaire pourrait dégrader le plastique, surtout sur la surface qui est exposée à l’air, et le rendre plus cassant. Si vous voulez parler de la fissuration sous contrainte environnementale, peut-être, mais il faudrait en savoir plus sur le polymère lui-même, son poids moléculaire/indice de fusion, l’environnement (détergents ?) et les contraintes subies par le produit.
Q : Comment savoir si les réglages de l’extrudeuse dégradent l’efficacité des additifs tels que les retardateurs de flamme ?
A : Connaître la plage de température de décomposition du retardateur. Mesurez la température de fusion, aussi près de la sortie et de manière aussi fiable que possible, et voyez si elle est proche ou au-delà de la température de fusion acceptable pour le retardateur.
Q : Pourquoi les extrudeuses sans boîte de vitesses à entraînement direct n’ont-elles pas décollé ? Est-ce parce que les économies d’énergie n’en valaient pas la peine ?
A : Les moteurs actuels font un bon travail, et les directs ne sont pas clairement supérieurs, ni en termes de prix, ni en termes de performance, ni en termes d’économies d’énergie. Ils ont une niche où l’espace doit être minimisé (certaines coextrusions), et certains OEMS les mettent sur de nouvelles lignes même lorsque l’espace n’est pas limité.
Q : Est-il possible d’exécuter des extrusions de profilés avec un matériau à indice de fusion (MI) élevé (supérieur à 1) ? Quelles sont les caractéristiques des matériaux à indice de fusion élevé ?
A : Les MI élevés ont des molécules plus courtes et plus petites et sont moins rigides (viscosité plus faible) à l’état fondu, mais cela dépend de la température, donc ils seraient exécutés plus froidement que les MI inférieurs. Un MI de 1 n’est pas très élevé et il devrait être possible de réaliser la plupart des profils. Faites attention à la distance entre la filière et le premier refroidissement, car vous devrez peut-être la modifier pour éviter un affaissement trop important dans cet espace. Vous voudrez peut-être pulvériser ou faire couler de l’eau de refroidissement sur le plastique émergeant dans cet espace, ainsi que dans les dispositifs de refroidissement. Je ne peux pas en dire plus sans en savoir plus sur le profil et le type de résine.
Q : Certaines extrudeuses européennes font tourner la vis considérablement plus vite que les extrudeuses traditionnelles à une vis, y voyez-vous une amélioration, c’est-à-dire plus de rendement pour une taille de baril donnée ?
A : Je suis moins préoccupé par la taille du baril ou le régime, mais plus par le coût par unité de rendement à qualité égale (mélange, résistance) et la capacité à garder les températures sous contrôle. Une vitesse plus élevée signifie une fonte plus chaude, mais aussi moins de temps à haute température, ce qui peut ou non compenser. La vitesse pour la vitesse est comme le neuf pour le neuf, et détourne souvent de l’analyse responsable des coûts.
Q : Existe-t-il des conditions particulières pour traiter les polyamides, le polylactide ou d’autres polymères afin d’éviter la dégradation ? Par exemple, quelles sont les résines qui doivent être séchées ? Lesquelles doivent être conduites en l’absence d’oxygène ?
A : Pour les polymères de condensation comme vos exemples, l’eau va attaquer et rompre les liaisons entre les monomères aux températures de fusion. Le produit est alors plus faible en traction et en impact, mais pas moins rigide. Ces polymères doivent être séchés à des niveaux très bas ; les séchoirs déshumidificateurs sont courants, mais parfois un évent est suffisant si l’extrusion est assez rapide (temps de résidence plus faible à la température de fusion) pour maintenir la dégradation à des niveaux tolérables.
Les polyamides sont un peu différents, car ils absorbent beaucoup d’humidité, mais celle-ci agit aussi comme un plastifiant, donc vous pouvez sécher trop, obtenir une viscosité plus élevée et, ainsi, générer plus de chaleur dans la vis. Il y a un niveau de séchage optimal, pas seulement « aussi sec que possible ».
Pour ce qui est de l’oxygène, il peut provoquer une décoloration et une dégradation, mais il n’y a pas d’oxygène à l’intérieur de l’extrudeuse, sauf l’air entre les particules, qui sont normalement trop froides pour réagir. Quelques lignes de film fonctionnant sous azote éliminent même ce risque d’oxydation. Des soucis plus importants concernant l’oxydation sont liés à la température de la surface à la sortie de la filière – le chauffage signifie une meilleure adhérence de l’impression mais une thermosoudure plus lente et des effets possibles d’odeur/goût.
Q : Pouvez-vous nous en dire plus sur l’amincissement par cisaillement ?
A : Plus une matière fondue se déplace rapidement par rapport aux parois du baril ou de la filière, plus elle s’amincit (moins de force pour pousser une quantité donnée = viscosité plus faible). Ceci est particulièrement utile pour les matières fondues à haute viscosité comme le PVC, l’ABS et le PE à faible indice de viscosité, et signifie qu’elles peuvent être utilisées avec des températures de fusion plus basses, ou générer moins de chaleur dans l’extrudeuse, ou un peu des deux. L’importance de l’amincissement par cisaillement peut être exprimée par l’exposant de la loi de puissance, qui relie la poussée au débit. Avec un exposant de 2, le double de la poussée donne 4 fois le débit (2 au carré = 4). Avec un exposant de 3, le double de la poussée donne 8 fois le débit (2 au cube = 8).
Q : Quelle est la meilleure façon d’optimiser la température d’alimentation ?
A : Utilisez une trémie de séchage à air chaud si elle est disponible, même si aucun séchage n’est nécessaire. Trouvez la température d’alimentation appropriée par essais et succès. La température réelle peut ne pas faire une grande différence, car c’est la constance qui compte le plus.