Processus

Conseil et essais de clients concernant les procédés industriels les plus variés

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Plastification

L’unité de plastification est le pilier de la presse à injecter, elle constitue l’élément fonctionnel le plus important. L’unité de plastification transporte, plastifie, rend homogène, dose et injecte la matière. Elle contribue largement à la qualité des produits. Une unité de plastification doit répondre aux critères suivants :

  • débit de plastification suffisamment élevé
  • transport constant de matière sur l’ensemble de la course de la vis
  • facilité d’alimentation
  • comportement du temps de séjour favorable
  • bonne homogénéité thermique de la matière
  • bonne homogénéité mécanique de la matière
  • reproductibilité élevée
  • bon bilan énergétique de fonctionnement
  • vaste domaine d‘application
  • durée d’utilisation rentable

En fonction de l’application, l’importance accordée à chacune de ces exigences peut énormément varier. Le choix, la conception et le design de l’unité de plastification sont donc des facteurs déterminants pour une production efficace et rentable.

Tableau 1 : Classes d’usure vis standard et cylindre

Dans le but de tenir compte de la diversité des applications, Sumitomo (SHI) Demag a mis au point des solutions pour les différents composants de l’unité de plastification, en fonction des exigences requises. Sumitomo (SHI) Demag est ainsi en mesure de proposer l’unité de plastification qui convient à chaque application. Sont par exemple proposées des solutions spéciales pour applications cadence rapide prévues pour la série El-Exis SP, des solutions pour la coloration directe avec Masterbatch ou couleur liquide et des solutions concernant la transformation de plastiques techniques semi-cristallins avec des enthalpies de fusion élevées. 

L’unité de plastification est en contact très étroit avec le plastique transformé et est ainsi soumise à des effets d’usure complexes qui se superposent fréquemment. Le graphique 1 présente les différents effets d’usure « types et mécanismes d’usure dans les unités de plastification plastique ».

Graphique 1 : Types et mécanismes d’usure dans les unités de plastification plastique

On distingue essentiellement plusieurs types de mécanismes d’usure :

  • abrasion
  • corrosion
  • adhésion

L’abrasion est provoquée par des matières de remplissage ou de renforcement dans le plastique. Presque chaque plastique contient différentes matières de remplissage ou de renforcement afin de pouvoir adapter les propriétés du plastique aux différentes exigences requises.

Le graphique 2 « différentes matières de remplissage et de renforcement » montre quelles matières sont communément utilisées. La plupart de ces particules présentent une très grande dureté. Le mouvement relatif des particules contenues dans le plastique par rapport aux composants de plastification provoque une abrasion du matériau de ces composants. A côté de la dureté, la géométrie de ces particules a elle aussi un impact déterminant sur l’abrasion.

 

Graphique 2 « différentes matières de remplissage et de renforcement »

La norme DIN 50 900 définit la corrosion de la manière suivante : « la corrosion est la réaction d’un matériau métallique avec son environnement, qui provoque une modification mesurable du matériau et peut entraîner un dommage de corrosion. Cette réaction est le plus souvent de nature électrochimique. Mais il peut également s’agir de processus métallo-physiques ». La corrosion est provoquée par des additifs chimiquement réactifs et des produits de dégradation de polymères. Le grand nombre de systèmes de protection pare-flammes qui existent sur le marché et leur modernisation exigée par la Directive n° 2002/95/CE relative à la limitation de l’utilisation de certaines substances dangereuses pose toujours de nouveaux défis.

L’adhésion ou l’usure adhésive se manifeste dans l’unité de plastification le plus souvent lorsqu’il y a un contact entre la vis et le cylindre. En théorie, il ne doit pas y avoir de contact entre les deux composants en raison de l’effet porteur du plastique. Dans la pratique, il se peut qu’en raison de différents états opérationnels tels que mise en marche ou à l’arrêt de la presse, les deux composants se trouvent en contact. Par ailleurs, de fortes pressions et le poids de la vis au serrage unilatéral peuvent provoquer un déplacement de la vis et donc un contact. Sous l’influence de puissantes forces de contact, il peut se former ce que l’on appelle des soudages à froid entre les composants. Les forces d’adhésion qui se forment peuvent être plus grandes que la solidité interne de l’un des deux matériaux. Lorsque le mouvement relatif se poursuit, le niveau de cisaillement est déplacé de la surface de contact initiale dans le composant moins solide et un transport de la matière s’effectue d’un composant à l’autre. Il en résulte des rainures et des zones en relief qui favorisent ensuite l‘avancée de l’usure par adhésion. Au pire, ces effets sont susceptibles d’entraîner une « attaque » de la vis. Le plastique transformé et la conduite du processus ont un impact sur ce type d’usure également.

Il est fréquent que ces différents effets d’usure se manifestent en même temps. C’est le cas tout spécialement de l’abrasion et de la corrosion qui se superposent souvent lors de la transformation de thermoplastes techniques.

Les principaux facteurs qui ont un impact sur l’usure sont représentés dans le graphique 3 « Facteurs qui ont un impact sur l’usure ».

Graphique 3 : Facteurs qui ont un impact sur l’usure

L’unité de plastification universelle standard avec une vis à 3 zones et un clapet anti-retour couvre un vaste domaine d’application, raison pour laquelle cette unité de plastification est très souvent utilisée. En ce qui concerne la résistance à l’usure, elle doit satisfaire à des exigences particulières en raison des additivations, des degrés de remplissage et de renforcement. C’est la raison pour laquelle cette unité de plastification est proposée en plusieurs variantes, voir le tableau 1 « Classes d’usure vis standard et cylindres». Ce sont les matériaux utilisés qui distinguent ces modèles les uns des autres. La conception technique de cette unité d’injection est adaptée à un vaste domaine d’application.

Les critères de la minimisation de l’usure ne pourront que partiellement guider le choix de la matière plastique, parce que le plus souvent les pièces requièrent des propriétés bien définies.

Les conditions de plasturgie ont également un impact sur les taux d’usure et donc sur la durée d’utilisation des composants de plastification. En font partie des facteurs tels que paramètres de processus, exploitation de l’unité de plastification et par là même temps de séjour du plastique dans l’unité de plastification, teneur en humidité du plastique réglé par le séchage selon les recommandations du fabricant, bonne alimentation en matière, absence de particules étrangères dans le granulat, proportion optimale de Masterbatch etc.

L‘expérience nous enseigne que pour les principaux groupes de plastique, certaines plages sont idéales pour les paramètres de processus et les conditions de transformation, elles sont représentées dans le tableau 2 « Paramètres de processus et conditions de transformation ». Le perfectionnement des plastiques étant toujours en évolution, il peut toujours y avoir des écarts par rapport à ces recommandations. C’est la raison pour laquelle Sumitomo (SHI) Demag conseille toujours de consulter le fabricant sur les paramètres de processus et les conditions de transformation appropriés. Sumitomo (SHI) Demag apporte également une assistance technique.