L'extrusion de plastiques est un processus de fabrication à haut volume dans lequel le plastique brut est fondu et formé en un profil continu. L'extrusion produit des articles tels que des tubes / tuyaux, des coupe - bise , des clôtures, des garde - corps , des cadres de fenêtre , des films et des feuilles de plastique , des revêtements thermoplastiques et des isolants de fils.
Ce processus commence par l'alimentation en matière plastique (granulés, granulés, flocons ou poudres) d'une trémie dans le cylindre de l'extrudeuse. Le matériau est progressivement fondu par l'énergie mécanique générée par les vis tournantes et par les réchauffeurs disposés le long du canon. Le polymère fondu est ensuite forcé dans une matrice, qui forme le polymère dans une forme qui durcit pendant le refroidissement.
Histoire
Extrusion de tuyau
Les premiers précurseurs de l'extrudeuse moderne ont été développés au début du 19ème siècle. En 1820, Thomas Hancock a inventé un «masticateur» en caoutchouc conçu pour récupérer les déchets de caoutchouc traités. En 1836, Edwin Chaffee a développé une machine à deux rouleaux pour mélanger les additifs dans le caoutchouc . La première extrusion thermoplastique a été réalisée en 1935 par Paul Troester et son épouse Ashley Gershoff à Hambourg , en Allemagne. Peu de temps après, Roberto Colombo de LMP a développé les premières extrudeuses à double vis en Italie.
Processus
Dans l'extrusion de matières plastiques, le matériau composé brut se présente généralement sous la forme de nids (petites billes, souvent appelées résine) qui sont alimentés par gravité à partir d'une trémie montée dans le cylindre de l'extrudeuse. Des additifs tels que des colorants et des inhibiteurs UV (sous forme de liquide ou de granulés) sont souvent utilisés et peuvent être mélangés dans la résine avant d'arriver à la trémie. Le processus a beaucoup en commun avec le moulage par injection plastique à partir du point de la technologie de l'extrudeuse, bien qu'il diffère en ce qu'il est habituellement un processus continu. Bien que la pultrusion puisse offrir de nombreux profils similaires en longueurs continues, généralement avec renforcement ajouté, ceci est obtenu en tirant le produit fini hors d'une matrice au lieu d'extruder la masse fondue de polymère à travers une filière.
Le matériau entre par la gorge d'alimentation (une ouverture près de l'arrière du canon) et vient en contact avec la vis. La vis en rotation (tournant normalement à 120 tr / min par exemple) pousse les billes de plastique vers l'avant dans le cylindre chauffé. La température d'extrusion souhaitée est rarement égale à la température de consigne du barillet en raison du chauffage visqueux et d'autres effets. Dans la plupart des procédés, un profil de chauffage est défini pour le barillet dans lequel trois zones de chauffage indépendantes contrôlées par PID ou plus augmentent graduellement la température du barillet depuis l'arrière (là où le plastique entre) vers l'avant. Ceci permet aux perles de plastique de fondre progressivement lorsqu'elles sont poussées à travers le cylindre et réduit le risque de surchauffe qui peut provoquer une dégradation dans le polymère.
La chaleur intense est apportée par la pression intense et la friction qui se produisent à l'intérieur du canon. En fait, si une ligne d'extrusion fait fonctionner certains matériaux assez rapidement, les appareils de chauffage peuvent être arrêtés et la température de la matière fondue maintenue par la pression et le frottement seuls à l'intérieur du cylindre. Dans la plupart des extrudeuses, des ventilateurs de refroidissement sont présents pour maintenir la température en dessous d'une valeur définie si trop de chaleur est générée. Si le refroidissement par air forcé s'avère insuffisant, des chemises de refroidissement encastrées sont utilisées.
Extrudeuse en plastique coupée en deux pour montrer les composants
À l'avant du canon, le plastique fondu quitte la vis et se déplace à travers un tamis pour éliminer tout contaminant dans la masse fondue. Les écrans sont renforcés par une plaque de disjoncteur (une rondelle en métal épais percée de nombreux trous) car la pression à ce point peut dépasser 34 MPa ( 5 000 psi ). L'assemblage de la plaque d'écran / disjoncteur sert également à créer une contre-pression dans le cylindre. Une contre-pression est nécessaire pour une fusion uniforme et un bon mélange du polymère, et combien de pression est générée peut être "tordu" en variant la composition de l'écran (le nombre d'écrans, leur taille et autres paramètres). Cette combinaison de plaque de protection et de tamis élimine également la "mémoire de rotation" du plastique fondu et crée à la place une "mémoire longitudinale".
Après avoir traversé la plaque de protection, le plastique fondu entre dans la matrice. La matrice est ce qui donne son profil au produit final et doit être conçue de manière à ce que le plastique fondu s'écoule uniformément d'un profil cylindrique à la forme du profil du produit. Un écoulement irrégulier à ce stade peut produire un produit avec des contraintes résiduelles non désirées à certains points du profil, ce qui peut provoquer un gauchissement lors du refroidissement. Une grande variété de formes peut être créée, limitée aux profils continus.
Le produit doit maintenant être refroidi et ceci est habituellement obtenu en tirant l'extrudat à travers un bain d'eau. Les plastiques sont de très bons isolants thermiques et sont donc difficiles à refroidir rapidement. Comparé à l' acier , le plastique conduit sa chaleur 2 000 fois plus lentement. Dans une ligne d'extrusion de tubes ou de tuyaux, un bain d'eau scellé est soumis à un vide soigneusement contrôlé pour empêcher le tube ou le tuyau nouvellement formé et encore fondu de s'effondrer. Pour les produits tels que les feuilles de plastique, le refroidissement est réalisé en tirant à travers un ensemble de rouleaux de refroidissement. Pour les films et les feuilles très minces, le refroidissement par air peut être efficace en tant qu'étape de refroidissement initiale, comme dans l'extrusion d'un film soufflé.
Les extrudeuses en plastique sont aussi largement utilisées pour le traitement ultérieur de déchets plastiques recyclés ou d'autres matières premières après nettoyage, tri et / ou mélange. Ce matériau est couramment extrudé en filaments appropriés pour couper dans le stock de billes ou de boulettes à utiliser en tant que précurseur pour un traitement ultérieur.
À suivre...
