Bases de l'extrusion : de l'eau, de l'eau, partout (mais gardez-la hors de l'ext

Allan Griff | 11 septembre 2017

Les inondations au Texas, où le plastique est critique, m'ont rappelé que les produits en plastique résistant à l'eau - bateaux, bâches, sacs de toutes sortes - sauvent beaucoup de biens et même des vies, mais dans l'extrusion, comme à Houston et en Floride, l'eau est souvent un ennemi. .

Cela se produit de deux manières (ou les deux) :

Ancient Mariner de Samuel Taylor Coleridge, qui disait « de l'eau, de l'eau partout, ni aucune goutte à boire », est ici illustré par Gustave Doré. Notez à quel point la poutre du mât ressemble à une vis d'extrudeuse.

Cosmétique —l'eau absorbée par la résine bouillira en vapeur à la sortie de la matrice et formera des bulles, des creux ou des lignes pointillées à la surface du produit. Elle dépasse largement 100° C (212° F) à l'intérieur de l'extrudeuse, mais les pressions sont trop élevées pour permettre l'ébullition et l'eau reste sous forme liquide jusqu'à ce que sa pression chute lorsqu'elle passe à travers les lèvres de la filière.

En règle générale, tout ce qui dépasse 0,1% d'eau (une bouteille d'eau de 16 oz dans un Gaylord) fera des marques visibles, mais la formulation, la vitesse de sortie de la matrice et le rabattement auront également des effets.

De nombreux polymères (tels que l'ABS et le PMMA) absorbent plus que cela de l'atmosphère normale ; d'autres (PS) sont suffisamment limites pour se montrer à une humidité élevée ; et certains (PE, PP, PVC) n'absorbent aucune humidité.

Cependant, cela ne les laisse pas s'en tirer, car ils peuvent contenir des additifs tels que des colorants blancs ou noirs et des charges comme le bois ou le carbonate de calcium. Ou bien, les polymères peuvent avoir été mouillés après avoir été stockés à l'extérieur sous la pluie ou à l'intérieur sous un toit qui fuit, ou même à partir d'un tuyau d'eau froide au-dessus d'une trémie ouverte, sur laquelle de l'eau chaude se condense.

Réaction chimique — certains polymères sont des polymères de condensation, notamment les polyesters (comme le PET), les polycarbonates et la famille des nylons (polyamides). Ceux-ci sont tous fabriqués en faisant réagir un -H d'un monomère avec un -OH d'un autre, pour obtenir H-OH = H₂O = eau. * L'eau est chassée dans le processus de fabrication, les deux extrémités libres se lient ensemble et le polymère résultant est en effet résistant à l'eau. Cependant, si elle devient suffisamment chaude, comme lorsqu'elle est fondue dans une extrudeuse, toutes les molécules d'eau autour veulent retourner d'où elles viennent, et ainsi casser la chaîne formée lors de leur réaction initiale. La quantité d'eau qui peut gravement endommager les chaînes est bien inférieure à celle nécessaire pour éviter les marques visibles (cosmétiques) - cela ressemble plus à une cuillerée qu'à une bouteille de 16 oz d'eau dans un Gaylord.

Alors, que pouvons-nous faire? Les deux moyens les plus courants d'éviter ces problèmes sont le préséchage et la ventilation. Avec le préséchage, l'alimentation est chauffée avec de l'air chaud dans sa trémie au-dessus de l'extrudeuse, ou dans un récipient similaire à proximité, et acheminée vers l'extrudeuse en continu. La trémie doit être suffisamment grande pour permettre un temps de séchage suffisant pour le matériau à sécher. La charge est donc chaude mais encore solide et les conditions d'extrusion ne sont pas les mêmes qu'avec une charge à température ambiante.

Avec la mise à l'air libre, le canon comporte un trou - en monovis, à environ 70% en aval de l'alimentation; chez les jumeaux, l'emplacement varie. Les conceptions de vis sont différentes des systèmes non ventilés, avec des canaux profonds à l'emplacement ventilé pour y fonctionner partiellement pleins, donc rien ne sort de l'évent (bien que parfois c'est le cas). Au moment où le matériau atteint l'évent, il est suffisamment chaud pour faire bouillir l'eau qui s'y trouve, surtout si un vide est appliqué. Le vide élimine également l'air, comme cela est nécessaire avec la plupart des lignes alimentées en poudre.

L'un ou l'autre procédé est généralement suffisant pour les résines PE-PP-PS, mais pas nécessairement pour l'ABS, le PMMA et les polymères de condensation. Pour ceux-ci, la méthode traditionnelle est un séchoir-trémie déshumidifiant, dans lequel l'air passe à travers un déshydratant puis à travers le matériau dans une trémie suffisamment grande pour fournir le temps de séchage nécessaire. Cela peut prendre jusqu'à six heures, selon la résine, la taille des particules, la température de l'air et la construction du séchoir. Il existe d'autres méthodes de séchage - congélation, infrarouge, vide - mais les évents sont devenus une alternative viable, en particulier (mais pas seulement) pour le PET dans les machines à double vis. Pour éliminer suffisamment d'humidité pour une rupture de chaîne minimale, ces lignes doivent fonctionner rapidement (temps de séjour réduit) et la vitesse d'alimentation doit être optimisée.

Est-il toujours bon d'avoir de l'eau dans le matériau? Oui, pour les nylons (polyamides), qui sont plastifiés par l'eau, de sorte que la viscosité est réduite et moins de chaleur est générée. Trop sec signifie une viscosité plus élevée et plus de chaleur de friction, ce qui peut également causer des problèmes. Ceci est très critique dans le moulage par injection, où un bon écoulement dans le moule est important, mais même dans l'extrusion, la teneur en humidité des nylons doit être étroitement surveillée.

* Je sais que la plupart des PC et certains PET ont des produits de réaction autres que l'eau, mais le résultat est le même : l'eau peut toujours retourner là où ces autres produits ont été chassés, et l'alimentation doit encore être séchée.

Allan Griff est un ingénieur d'extrusion chevronné, débutant dans le service technique pour un important fournisseur de résine, et travaillant seul depuis de nombreuses années, en tant que consultant, témoin expert dans des affaires juridiques, et surtout en tant qu'éducateur via des webinaires et des séminaires, à la fois publique et interne. Il a écrit le premier livre pratique sur l'extrusion dans les années 1960 ainsi que le manuel d'utilisation de l'extrusion des plastiques, mis à jour presque chaque année et disponible en espagnol et en français ainsi qu'en anglais. Pour en savoir plus, consultez son site Web, www.griffex.com, ou envoyez-lui un courriel à [email protected].

Les activités automne-hiver de Griff comprennent des séminaires publics d'introduction à l'extrusion d'une journée à Houston, Toronto et Chicago, et une conférence sur les limites du taux de production, le 19 octobre, lors de la conférence Extrusion 2017 à Charlotte, en Caroline du Nord.

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