La conception optimisée des vis d'extrusion maximise le débit et la qualité

Del Williams | 11 octobre 2021

Dans l’industrie du plastique, les doubles vis sont au cœur du processus d’extrusion qui transforme les matières premières en tuyaux ou profilés en PVC rigide. Ces composants de haute technologie font partie intégrante du transport, de la compression, du mélange, du chauffage, du refroidissement, du cisaillement et du pompage d'une variété de substances visqueuses à travers des filières pour obtenir des produits hautement structurés. En tant que telles, les vis sont également les principaux facteurs de débit de production et de qualité finale.

Compte tenu du rôle essentiel que jouent les vis dans le processus d'extrusion, lorsque vient inévitablement le temps de les remplacer, de nombreux fabricants de tuyaux ou de profilés en PVC rigide continuent de sous-estimer l'impact d'une conception de vis optimisée. Compte tenu de la variabilité des matières premières, des recettes, des additifs et des charges utilisés, les vis ne sont pas des pièces disponibles dans le commerce qui peuvent être simplement « remplacées » en fonction de la catégorie de produit.

Une conception optimisée, en revanche, est une approche consultative dans laquelle chaque paramètre du processus est évalué pour créer une solution personnalisée adaptée à l'application. Lorsqu'il est associé à un fournisseur de vis de remplacement possédant une base de connaissances approfondie en matière de conception et une compréhension approfondie des processus d'extrusion, le remplacement des vis se transforme d'une tâche en une opportunité pour les extrudeurs de PVC rigide d'affiner leur processus, de résoudre les problèmes actuels de traitement et de qualité des produits, et même s'assurer que le prochain remplacement aura lieu plus loin dans le futur.

Le PVC rigide est souvent utilisé pour créer des extrusions de tuyaux, mais également des profilés pour des produits tels que les revêtements de sol en vinyle à clic. Le traitement idéal du PVC rigide implique une conception de vis qui permet de chauffer le matériau de manière très uniforme à une température d'environ 150°C avec tous les additifs uniformément répartis autour du grain de poudre. Le matériau/poudre est ensuite cisaillé et chauffé à une température finale qui permet une gélification et une homogénéité optimales des propriétés. Les températures finales du processus sont de 180°C à 200°C.

Dans ce processus, les extrudeuses à double vis ont deux vis identiques s'engrenant dans un cylindre assorti. La conception peut être parallèle ou conique. Lors de l'extrusion à double vis, le PVC/cPVC (chlorure de polyvinyle chloré) utilisé pour fabriquer les tuyaux est transporté, comprimé, dégazé, plastifié, cisaillé, malaxé, fondu et homogénéisé avant d'entrer dans la filière.Les vis parallèles et coniques sont également utilisées pour le traitement du PVC (polychlorure de vinyle non plastifié) et du CPVC, utilisés pour les portes et fenêtres.

Parmi ces types de vis, la vis conique a une grande zone d'alimentation et une boîte de vitesses plus simple, mais un rendement faible à moyen en raison des limites de longueur de vis. En revanche, les vis jumelles parallèles ne sont pas limitées en longueur. La différence se reflète dans le paramètre clé connu sous le nom de longueur sur diamètre (L/D), qui est le rapport entre la longueur de la vis et son diamètre extérieur.

« Il y a 30 ans, les vis avaient environ 20 L/D, et il y a 15 ans, environ 30 L/D. Aujourd'hui, de nombreuses vis fonctionnent à 40 L/D », explique Shayan Moin, titulaire d'un MSE en ingénierie des polymères et président d'UniSol, un distributeur technique de polymères spéciaux basé en Ontario, au Canada, possédant une expertise en fabrication de vis et de barils pour les lignes d'extrusion de plastique.

Que la vis soit conique ou parallèle, la durée de vie est un problème lors de l'extrusion de matériaux difficiles. Avec le PVC rigide, les extrudeuses nécessitent généralement le remplacement des vis au bout d'un à quatre ans en raison de charges abrasives ou corrosives. « Le PVC contient des charges comme du talc ou du carbonate de calcium qui accélèrent l'usure des vis. Ainsi, certaines vis devront être remplacées dans un an à un an et demi. D’autres, avec une bonne formulation et une utilisation très minutieuse, pourraient durer quatre ans », explique Moin.

Dans la plupart des cas, les signes d’usure des vis sont évidents, même s’ils sont subtils. L'usure des vis peut avoir un impact sur le traitement ou sur la qualité du produit. Les symptômes incluent une production réduite, une utilisation accrue de la chaleur électrique, le besoin de davantage d'additifs ou une odeur de matériau brûlé pendant la production. L'usure abrasive peut également provoquer un refoulement dans l'orifice d'alimentation principal, au niveau des alimentations latérales et dans la zone de pressurisation de la filière, ce qui réduit encore davantage la productivité.