Choisir le meilleur procédé d'extrusion pour l'application d'emballage en raphia et tissé

Volker Schöppner | 28 juillet 2017

Au cours des dernières années, de nombreux développements majeurs ont eu lieu dans le secteur des emballages en raphia et tissés, notamment des progrès dans le domaine des résines, des capacités accrues des lignes d'extrusion et des améliorations de la vitesse des processus. Les coûts des matières premières et de l’énergie restent cependant des sujets de préoccupation. L'utilisation de charges minérales, telles qu'un mélange maître de carbonate de calcium (CCMB), peut améliorer la productivité et réduire les coûts.

Un dilemme majeur pour les transformateurs est de choisir un équipement approprié (une extrudeuse à douilles lisses ou rainurées) lorsqu'ils utilisent un pourcentage élevé de CCMB. Un facteur important dans le choix de l'extrudeuse est de comprendre l'effet de l'ajout de charge/CCMB à une matrice polymère, ce qui modifie considérablement les propriétés de traitement.

Avant de discuter de l'effet des niveaux de dosage CCMB lors de l'utilisation d'extrudeuses à douilles lisses et rainurées, il est important de définir quelques termes :

L'ajout de CCMB affecte également la densité et la viscosité de la matrice polymère résultante.

Pour résumer, l'ajout de CCMB au polymère affecte la conductivité thermique, la chaleur spécifique, la densité et la viscosité de la matrice polymère résultante.

La matrice polymère résultante de polyoléfine et de CCMB a une viscosité réduite, car le frottement interne accru des particules de CaCO3 dans la matrice polymère augmente le cisaillement, réduisant ainsi la viscosité à l'état fondu. Les changements de viscosité augmentent la contrainte de cisaillement dans l’extrudeuse, qui constitue la base principale de la conversion de l’énergie mécanique en énergie thermique dans une extrudeuse monovis. Le CaCO3 dans le PP accélère le transfert de chaleur et réduit la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer ou refroidir le mélange. Ainsi, la chaleur se propagera plus rapidement dans une matrice polymère avec un pourcentage plus élevé de CCMB.

Pour résumer, un taux de charge/CCMB plus élevé dans la matrice polymère :

Les extrudeuses monovis transportent les granulés de polymère par friction. Grâce à son contact avec les plombs, le canon entraîne la matière sur la vis contre l'hélice, faisant avancer les plombs. Dans une extrudeuse équipée d'une douille lisse, les pellets agissent comme des roulements à billes : comme le contact entre le cylindre et la surface des pellets est minime, un glissement important se produit, provoquant le basculement et le glissement des pellets. Étant donné que le taux de compression est principalement responsable du transport des pellets, il doit être maintenu plus élevé. Les pellets suivent un chemin hélicoïdal dans la section de transport des solides de la vis à douille lisse et sont poussés le long d'une hélice de la vis, empruntant un chemin lent et sinueux.

De plus, la pression dans la zone de transport des solides d'une extrudeuse à douille lisse est très faible. Généralement, la pression monte dans la section de fusion de la vis et atteint son point culminant à la fin de la transition. Ainsi, il existe une limitation à l'accumulation de pression dans les extrudeuses à douille lisse.

Il est bien connu que l’augmentation de la vitesse de la vis à l’aide d’un canon à douille lisse a tendance à augmenter la température de fusion. La section de compression de la vis est en grande partie responsable de l'augmentation de la température de fusion. Compte tenu du faible rendement spécifique de la machine à douilles lisses, la température de fusion devient une limitation lors de l'utilisation de vitesses de vis élevées.

Dans une douille rainurée, plusieurs rainures sont ajoutées à l'alésage du baril sous la trémie et dans la zone de transport des solides. Les pastilles se coincent dans les rainures et avancent contre l'hélice de la vis. Cela augmente considérablement le transport des pellets, car ceux-ci avancent dans les rainures sous l'effet de la poussée de la vis hélicoïdale. Même avec des taux de compression généralement faibles, une extrudeuse à douilles rainurées permet d'obtenir un transport spécifique de matière fondue plus élevé qu'une extrudeuse à douilles lisses.

De plus, la section d'alimentation rainurée génère une pression de pompage élevée en raison de l'augmentation de la capacité de transport. Ainsi, dans une extrudeuse à douilles rainurées, la génération de pression n'est plus fonction de la section de dosage de la vis. La section rainurée produit également une grande quantité de chaleur/énergie basée sur la friction pour la fusion, ce qui entraîne un refroidissement intense de l'eau et une évacuation excessive de la chaleur. Ce rendement spécifique élevé lié à la vitesse de la vis permet d'obtenir une faible température de fusion. Par conséquent, des pourcentages variables de mélanges maîtres de charges de calcium dans différents polymères de base [PE ou PP ou toute autre résine de support élastomère] dans les mélanges PP ou HDPE pour l'extrusion entraînent une meilleure cohérence du processus et une meilleure qualité de fusion en sortie à l'aide d'une douille d'alimentation rainurée.