Le moulage par extrusion de plastique, tel que le moulage de profilés ou de tuyaux en UPVC (polychlorure de vinyle rigide), est principalement formé par le mélange de résine PVC et d'additifs connexes, le moulage par extrusion, la mise en forme, la traction et la coupe. Les matières premières, les équipements de formulation et les processus d'exploitation sont les principaux facteurs de la production de PVC. moulage par extrusion de matières plastiquesLes matières premières et les équipements d'extrusion ont un impact direct sur la qualité et le rendement du moulage par extrusion. C'est pourquoi cet article se concentre sur l'impact de l'équipement d'extrusion et des matières premières sur l'extrusion.
Composition de la matière première UPVC
1. Résine PVC
Les produits extrudés en PVC rigide utilisent généralement des résines en vrac en suspension, le degré de polymérisation du S-PVC, la taille des particules et le degré de porosité doivent être appropriés. Il n'est pas possible d'utiliser des produits de polissage présentant des différences significatives de taille de particules ou des résines en vrac avec des particules denses.
2. Stabilisateur
La résine PVC étant une résine sensible à la chaleur, lorsque la température atteint environ 90 à 130 ℃, elle commence à se dégrader thermiquement, le HCL instable est libéré et la résine jaunit.
À mesure que la température augmente, la couleur de la résine devient plus foncée et les propriétés physiques et chimiques du produit diminuent. Pour résoudre le problème de la dégradation, outre l'amélioration du processus de production des matières premières de la résine, des stabilisateurs peuvent également être ajoutés à la résine de PVC pour absorber et neutraliser le gaz HCL et éliminer son effet de dégradation catalytique.
Les stabilisateurs couramment utilisés sont : les sels de plomb, les boîtes organiques, les savons métalliques et les stabilisateurs à base de terres rares.
3. Lubrifiant
Les lubrifiants sont des additifs qui améliorent le pouvoir lubrifiant et réduisent l'adhérence interfaciale. Leurs fonctions sont divisées en lubrifiants externes, lubrifiants internes et lubrifiants internes et externes.
Le lubrifiant externe peut réduire la friction entre le matériau et la surface métallique et empêcher le matériau UPVC d'adhérer au cylindre et à la vis après la plastification.
Le lubrifiant interne peut réduire la friction entre les particules à l'intérieur du matériau, affaiblir la cohésion entre les molécules et réduire la viscosité de la matière fondue.
L'utilisation de lubrifiants a des effets apparents sur la réduction de la charge de la vis, la réduction de la chaleur de cisaillement et l'augmentation du rendement de l'extrusion.
4. Matériau de remplissage
Afin d'améliorer la dureté et la rigidité du produit, de réduire sa déformation et de diminuer le coût des matières premières, davantage de charges telles que le CaCO3 sont ajoutées dans la production de produits en UPVC.
5. Modificateur de traitement (ACR)
Les modificateurs de traitement sont principalement utilisés pour améliorer les performances de traitement des matériaux, accélérer la plastification de la résine PVC et améliorer la fluidité, la déformation thermique et la brillance de la surface des produits.
6. Modificateur d'impact
Les modificateurs d'impact sont principalement utilisés pour améliorer la résistance aux chocs des produits, augmenter leur ténacité et améliorer l'effet de plastification. Les modificateurs couramment utilisés pour l'UPVC sont le CPE (polyéthylène chloré) et les modificateurs d'impact acryliques.
7. Agent colorant : dioxyde de titane, noir de carbone, etc.
Mécanisme de plastification des équipements d'extrusion plastique et influence de la formule sur le moulage
Il existe de nombreux équipements pour le moulage par extrusion des matières plastiques. Les principaux équipements utilisés pour l'extrusion de produits complexes en UPVC sont l'extrudeuse à vis unique ventilée et l'extrudeuse à double vis contrarotative.
Les paragraphes suivants traitent principalement du mécanisme de plastification des extrudeuses couramment utilisées pour l'extrusion de produits en UPVC.
1. Extrudeuse à vis unique du type à évacuation :
1.1 Mécanisme de plastification :
L'extrudeuse monovis ventilée peut être utilisée pour le moulage par alimentation en poudre, l'extrusion et la granulation de l'UPVC.
La vis comprend deux vis simples ordinaires en série avec un rapport longueur/diamètre important (L/D=25～30). La vis unique avant est principalement utilisée pour l'absorption de la chaleur, la compression, la fusion et l'homogénéisation du matériau afin de le faire fondre initialement. La vis unique à l'arrière est principalement utilisée pour la ventilation, la fusion et l'homogénéisation, et l'augmentation de la pression d'extrusion.
Au niveau de l'orifice d'échappement, la matière doit être à l'état semi-fondu. L'orifice d'échappement est situé dans la section de transport de la vis arrière, où la matière peut être évacuée après décompression.
Dans la section de transport, la poudre sèche est progressivement compactée pour former un "lit solide". La température du matériau n'ayant pas encore augmenté, seul l'air entre et à l'intérieur des particules de poudre est évacué.
Dans la section de compression, la température du matériau est d'environ 160～170℃. À mesure que le volume de la rainure de la vis diminue, la pression s'exerce sur la surface du matériau et du cylindre pour forcer le matériau à passer à travers l'espace entre la vis et le cylindre, et la tension entre le matériau et la surface du cylindre augmente.
L'effet d'absorption de la chaleur du matériau est renforcé, et le tissu proche de la surface du tonneau forme un film de fusion sous l'effet du cisaillement, de la pression et de la chaleur.
En raison du mouvement relatif de la vis et du cylindre à l'avant de la rainure de la vis, la zone se rassemble et augmente progressivement, les particules de matériau dans cette section sont cisaillées et fondues. Étant donné que le matériau dans la rainure de la vis reçoit moins de force de cisaillement, le matériau dans la rainure de la vis est plastifié. La consistance est insuffisante.
Dans la section d'homogénéisation, le diamètre inférieur de la vis est réduit de manière à ce que le matériau au milieu de la rainure en spirale soit proche du baril afin de favoriser le cisaillement et le chauffage pour faire fondre et compléter la fonte du matériau en l'homogénéisant.
Le diamètre inférieur de la section de transport de la dernière vis (près de la tête de la machine) devient plus important et son déplacement est beaucoup plus grand que celui de la section d'homogénéisation de la dernière vis. Les composants volatils sont libérés et l'orifice d'échappement les évacue par la pompe à vide.
La matière atteint la section d'homogénéisation à travers la deuxième section de compression, et la pression d'extrusion est augmentée sous l'action de la filière, de la vis et du cylindre pour former un flux dense et uniforme de moulage par extrusion à partir de la filière, où le déplacement de la section d'homogénéisation est plus important que celui de la section précédente. L'enlèvement en une seule étape permet d'éviter les pertes de matière.
L'analyse ci-dessus montre que la fusion par vis unique est principalement due à la rotation de la vis et à la statique du barillet, et que le déplacement relatif du matériau dans les différentes parties de la rainure est cisaillé. La matière est chauffée et comprimée, et la conduction thermique entre le cylindre et la vis forme un film fondu, une migration entre les phases liquides, etc.
1.2 Problèmes auxquels il convient de prêter attention lors de la conception de la formule :
Lors de la conception de la formule de matériau à vis unique, il convient de tenir compte du long temps de fusion du matériau dans l'extrudeuse à vis unique, de l'influence apparente de l'état séculaire dans la section de transport des solides sur la productivité et du transport non obligatoire des matériaux.
En raison du grand rapport d'aspect de l'extrudeuse monovis ventilée (généralement L/D=28～32), le matériau est chauffé pendant une longue période et n'est pas forcé de se déplacer. Il est avantageux d'augmenter la quantité de stabilisateur pour empêcher la décomposition par surchauffe - une charge plus prolongée et plus géante. Une augmentation appropriée du lubrifiant peut réduire le couple de la vis.
Bien entendu, un excès de lubrifiant nuit au transport des matériaux et à l'impact des produits. Le phénomène de "blocage de la vis" peut se produire dans l'extrusion lorsque la matière grasse est trop importante. Il convient d'envisager l'ajout d'un modificateur d'impact. L'augmentation de la quantité de modificateur d'impact augmentera le couple de la vis.
L'ajout d'une certaine quantité de charge CaCO3 peut augmenter la résistance de la matière fondue, réduire la fluidité du matériau et affecter la vitesse de plastification du matériau. Les effets de CaCO3 de différentes tailles de particules sont également très différents. Par conséquent, la quantité de CaCO3 ajoutée aux produits à des fins diverses varie considérablement.
En outre, les caractéristiques de la structure du moule sont liées à l'importance de la pression d'extrusion et ont un impact particulier sur la formulation.
2. Extrudeuse à double vis contrarotative
Bien que le mécanisme de fusion de l'extrudeuse bivis soit basé sur une vis unique, le principe de transport est très différent de celui d'une vis unique en raison de l'existence d'une zone d'engrènement.
2.1 Classification des extrudeuses bivis
Selon le sens de fonctionnement de la vis, il peut être divisé en.. :
- Extrudeuse bivis contrarotative : le sens de rotation des deux vis est opposé.
- Extrudeuse bi-vis co-rotative : le sens de rotation des deux vis est le même.
Selon la loi de rotation, l'extrudeuse bivis contre-rotative peut être divisée en extrudeuse bivis contre-rotative vers l'extérieur et extrudeuse bivis contre-rotative vers l'intérieur.
L'extrudeuse à deux vis contrarotatives vers l'intérieur a été éliminée en raison de sa faible capacité d'alimentation et de l'importante force radiale générée par le matériau sur la vis dans la zone de calandrage des deux vis, ce qui entraînait une usure importante entre le cylindre et la vis.
D'une manière générale, l'extrudeuse bivis contrarotative désigne l'extrudeuse bivis contrarotative vers l'extérieur (voir ci-dessous).
L'extrusion de profilés en PVC utilise généralement des extrudeuses à double vis coniques contrarotatives et des extrudeuses à double vis parallèles contrarotatives.
2.1.1 Extrudeuse bivis conique contrarotative :
L'axe des deux vis et l'axe du barillet sont symétriquement répartis selon l'angle inclus α (la valeur α est généralement comprise entre 1° et 2°). Cependant, la direction de la vis est différente, le diamètre des deux extrémités de la section de travail est différent.
La vis avec la même profondeur des grandes et petites rainures de la vis d'extrusion biconique ordinaire et la vis avec la profondeur considérable de la rainure de la vis sont plus importantes que la profondeur de la petite rainure de la vis super-cône (double-cône) de la vis d'extrusion biconique conique.
Les caractéristiques de l'extrudeuse bivis conique contrarotative sont les suivantes : grand diamètre de la tête de vis, grande capacité thermique de la vis, matériau à gorge profonde (ultra-cône), grande surface de contact avec la vis et le cylindre, long temps de séjour du matériau, ce qui est bénéfique pour le matériau Le transfert de chaleur entre le cylindre et la vis et le matériau. Sur la base de ces éléments, la longueur de la vis et le rapport d'aspect (généralement de 13 à 17) pour un même rendement sont nettement inférieurs à ceux d'autres types d'extrudeuses.
Le diamètre de la petite tête de vis est relativement faible, le temps de séjour de la matière dans la section d'extrusion est court, la vitesse linéaire de la vis est faible et le faible taux de cisaillement permet de réduire la chaleur de friction entre la matière et entre la matière et la vis et le cylindre.
Lorsque le taux d'extrusion du profilé est inférieur à 400 kg/h et que le taux d'extrusion de la feuille de tuyau est inférieur à 800 kg/h, l'utilisation d'une extrudeuse à double vis conique doit être privilégiée. L'extrudeuse à double vis conique pour l'extrusion de profilés et de tuyaux en UPVC est la plus utilisée.
Capacité de plastification : La capacité de plastification des extrudeuses résulte de l'effet global du système d'extrusion de l'extrudeuse, de la formule et des paramètres du processus d'exploitation.
La capacité de plastification des extrudeuses à double vis conique et à double vis parallèle ne peut être qualifiée de meilleure ou de pire. Elle ne peut être déterminée que sur la base de l'analyse de la structure spécifique de la vis, de la composition de la formule, des paramètres du processus de fonctionnement et du moule.
2.1.2 Extrudeuse bivis parallèle contrarotative :
Les axes des deux vis sont parallèles et répartis symétriquement par rapport à l'axe du barillet. Les diamètres intérieur et extérieur des deux extrémités de la section de travail de la vis sont identiques, et il existe des vis segmentées et des vis d'entraînement à variation continue.
Une vis segmentée est une vis qui présente des rainures en contre-dépouille en raison du nombre différent de têtes de vis et des pas différents entre les différentes sections fonctionnelles de la vis.
La double vis plate à pas variable continu signifie qu'il n'y a pas de rainure de contre-dépouille entre les différentes sections fonctionnelles de la vis. Par conséquent, le nombre de têtes de vis dans les différents domaines d'application de la vis est le même. La génératrice de la vis et du cylindre étant droite, l'aptitude au traitement est meilleure.
La vis de l'extrudeuse bivis plate contre-rotative peut être retirée de l'extrémité de décharge de l'extrudeuse, ce qui est pratique pour l'entretien de l'équipement. La vis peut être conçue comme une structure à course complète et à tête variable. Selon des informations pertinentes, la contrainte de traitement sur le matériau lors de l'extrusion du profilé est faible pour obtenir une bonne qualité d'extrusion.
Une extrudeuse parallèle à double vis est relativement plus utilisée lorsque le volume d'extrusion est important. Il convient de noter que le rendement de la ligne de production de profilés est fortement influencé par le moule. Le moulage de la tête d'extrusion à grande vitesse et l'excellente forme du produit dans le moule de réglage deviennent souvent le goulot d'étranglement d'une production limitée.
2.2 Le mécanisme de plastification de l'extrudeuse bi-vis conique :
En général, le système d'extrusion de l'extrudeuse bivis conique comprend : la vis, le cylindre, le dispositif de chauffage et de refroidissement, et le dispositif d'évacuation du vide.
2.2.1 Mécanisme de plastification de la matière dans une extrudeuse bivis conique :
⑴ Section de transport :
La matière pénètre dans la section de transport par l'orifice de décharge et est transportée vers l'avant sous la force de la vis. Chaque fois que la vis tourne, la matière dans la chambre en forme de C avance d'un pas.
En raison de la structure, le volume de la chambre en forme de C devient de plus en plus petit et la matière est progressivement comprimée. Au fur et à mesure que la pression de contact entre le matériau et la vis à tête cylindrique augmente, l'absorption de chaleur s'accroît et la température du matériau augmente lentement, prêt pour l'étape suivante de la fusion.
Comme la surface du cylindre et de la vis de l'extrudeuse biconique est agrandie dans la section de transport, l'efficacité de la conduction thermique entre le matériau et le cylindre et la vis est améliorée.
⑵ Section de pré-plastification :
Une fois les matériaux chauffés et comprimés dans la section de transport, la majeure partie de l'air entre et à l'intérieur des particules de poudre est évacuée, et la densité des matériaux augmente.
Alors que le matériau dans la chambre en forme de C continue à avancer, le matériau en contact avec le cylindre et la vis sera maintenu à la même vitesse que le cylindre ou la vis en raison de l'adhérence. Sous l'action de la vis, l'effet de cisaillement est plus fort que celui du matériau situé au milieu de la rainure de la vis. Après avoir été chauffé pendant une longue période, il commence à fondre, et le matériau dans la chambre en forme de C est dissous dans un flux circulant de l'extérieur vers l'intérieur.
Le volume de la chambre en forme de C changeant, l'échange de matériaux internes et externes est amélioré. Certains fabricants d'extrudeuses installent un réservoir de mélange dans la section de préplastification en fonction des caractéristiques de leur propre extrudeuse. L'objectif est de faire communiquer les matériaux dans les chambres en forme de C avant et arrière, d'améliorer l'effet de cisaillement et de faciliter l'échange de matériaux entre les couches intérieures et extérieures en forme de C. Améliorer l'effet de fusion.
Après le passage de la matière dans la section de préplastification, la poudre ample et les matériaux granulaires sont brisés et les matières sont à l'état semi-fondu.
⑶ Section de plastification :
Également appelée section de compression. Le volume de la chambre en forme de C dans cette section est fortement réduit (le déplacement de cette section n'est que de 0,25 à 0,4 de la zone de transport), et les matériaux sont soumis à un écrasement, un cisaillement et un échange solides lorsqu'ils passent à travers. Ainsi, la plupart des matériaux sont fondamentalement dans un état initial de plastification.
⑷ Section d'échappement :
Le mélange d'UPVC entre dans la section d'échappement après les sections de transport, de préplastification et de compression, car le volume de la chambre en forme de C dans la section d'échappement est beaucoup plus important que celui de la section de compression (en général, le déplacement est plus de trois fois supérieur à celui de la section de compression).
Lorsque le matériau atteint cette section, la pression est réduite, le matériau se segmente ou s'élargit, et le gaz et les composants volatils à faible poids moléculaire présents dans le matériau sont libérés. Cette section est équipée d'un orifice d'échappement, par lequel le gaz est évacué sous l'action d'une pompe à vide.
La fonction d'échappement du moulage par extrusion de l'UPVC est essentielle. Dans le cas contraire, les bulles d'air présentes dans le produit affecteront sérieusement les propriétés mécaniques.
⑸ Section des mesures :
En raison du changement continu du volume de la chambre en forme de C à travers la section de transport, la section de préplastification, la section de plastification et la section de dosage, et du nombre différent de têtes de vis dans chaque zone de la vis, le matériau dans la chambre en forme de C change continuellement de position et entre ensuite dans la section de dosage. Il en résulte une plastification, une homogénéisation et une augmentation de la pression d'extrusion sous l'action de la filière.
Le volume de la chambre en forme de C dans la section de dosage étant réduit, la matière est à nouveau comprimée après homogénéisation pour former un fluide dense et uniforme qui est extrudé à travers le corps de raccordement (corps de transition), la plaque perforée et la filière.
2.3 Le mécanisme de plastification de l'extrudeuse bivis parallèle contrarotative :
Le mécanisme de plastification de l'extrudeuse bivis parallèle contrarotative est le même que celui de l'extrudeuse bivis conique. La différence réside dans le fait que le diamètre de la vis et du cylindre est partout le même. Le matériau dans la section d'alimentation a une petite zone d'absorption de la chaleur, qui est relativement comparée à la section de dosage de la vis. Par conséquent, le diamètre est plus grand que le double cône, et la vitesse de la vis ne peut pas être trop élevée.
Par conséquent, pour améliorer l'effet de plastification, le rapport longueur/diamètre de la vis de l'extrudeuse bivis parallèle contrarotative est plus important que celui de l'extrudeuse bivis conique (généralement L/D=25-30).
Le volume de la chambre en forme de C dans chaque section de l'extrudeuse bivis parallèle contrarotative est modifié à plusieurs reprises comme le cône et le double, et le mode de changement est le même.
Le processus de transformation des matériaux UPVC n'est pas seulement lié à la composition des ingrédients mélangés, mais aussi aux conditions externes de traitement, telles que la température des ingrédients mélangés, l'ordre d'alimentation pendant le mélange, la température du processus d'extrusion, la vitesse de la vis et l'alimentation La quantité de matériau et la résistance du matériau soumis au cisaillement.
Résumé
Cet article présente une analyse fondamentale du mécanisme de fusion et de l'ajustement de la formule du matériau dans l'extrudeuse. En raison de la grande praticité de la transformation des polymères et de la technologie de moulage, la formule de la matière première du produit, l'équipement de transformation et les conditions du processus sont très différents. Par conséquent, la production réelle doit être combinée avec la structure de l'équipement de production, en particulier le système d'extrusion, la composition des ingrédients, les exigences de performance du produit et le volume de production. En outre, une analyse complète de l'influence des ingrédients des additifs sur la fusion des matériaux doit être combinée pour déterminer un processus de production raisonnable.
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