In summary
Le processus d'extrusion de tuyaux en PEHD est complexe et implique plusieurs microprocessus critiques dans l'entrefer, notamment le gonflement, le retrait et l'oxydation. Les variations du processus, telles que la rupture de la matière fondue et la résonance de l'étirage, affectent considérablement la qualité et la productivité de l'extrudat.
Dynamique et défis de l'extrusion de tuyaux en PEHD
Le PEHD utilisé pour les tuyaux est un polymère cristallin dont la cristallinité est comprise entre 60 et 80 %. Le processus est mené à une température d'env. 200 °C, toutes les structures cristallines étant transformées en une structure indéfinie lors de la sortie du matériau de la filière. Les plastiques extrudés présentent souvent une viscosité de fusion supérieure qui permet à l'extrudé de conserver la forme imprimée par la filière.
La lame d'air est une zone critique dans laquelle l'extrudé se trouve entre la filière et l'entrée dans le calibreur, dans lequel il est pour la première fois visible à l'opérateur.
Comme expliqué dans le moindre détail par l'ingénieur Yashodan Kanade en 2020, de nombreux microprocessus se produisent simultanément dans la lame d'air :
- Gonflement dans la filière
- Retrait
- Augmentation de la densité
- Fracture de la masse fondue (dans certaines conditions)
- Contact avec l'air et oxydation de la surface
- Rétrécissement tant que l'extrudé est chaud (orientation masse fondue)
- Résonance d'étirage (dans certains cas)
- Recuit tant que le matériau est chaud avant son entrée dans le calibreur
- Dimensionnement vide ou pression
- Refroidissement en-dessous de la température configurée
Dans l'idéal, l'extrudé du tuyau PEHD devrait présenter la même densité et la même température de toute sa circonférence, et la distance de la lame d'air devrait être constante.
La lame d'air est la zone où le PEHD entre en contact avec l'oxygène et subit ainsi une oxydation de sa surface. Prévenir l'oxydation n'est pas très efficace dans la lame d'air car la plupart des aldéhydes et des acides s'y forment.
Cette variation de la filière du PEHD est fonction de ce qui suit :
- PEHD utilisé – plus la MFI est élevé (Melt Flow Index - Fluidité à l'état fondu), et moins la filière risque de gonfler
- Espace filière – plus l'espace est réduit, plus la filière risque de gonfler
- Bord de la filière – plus le bord de la filière est long, et moins cette dernière risque de gonfler
- Excentricité - l'excentricité de la paroi du tuyau risque de modifier le gonflement de la filière
- Température de l'extrudé – plus la température est élevée, et moins la filière risque de gonfler
Fracture de la masse fondue et résonance d'étirage durant l'extrusion des tuyaux PEHD
Deux facteurs de changement entrent en jeu dans la lame d'air durant l'extrusion d'un tuyau PEHD : la fracture de la masse fondue et la résonance d'étirage. Tous deux entraînent une baisse de la qualité de l'extrudé qui limite généralement la productivité.
Ils entraînent une détérioration de la surface allant d'une simple rugosité (peau de requin) à des configurations hélicoïdales aléatoires ou de grosses distorsions (fractures de la masse fondue).
Fracture de la masse fondue peut entraîner des ruptures en traction, le flambement de l'extrudé, un phénomène des stick-slip du polymère sur la surface de la filière.
Résonance d'étirage plus cyclique dans la nature, pulsations du diamètre de l'extrudé. Elle se produit uniquement si le taux d'étirage atteint une valeur critique à un taux de production fixe. La résonance d'étirage augmente au rythme de celui du taux d'étirage jusqu'à rupture de l'extrudé.
Lors de l'étirage de l'extrudé au travers de la lame d'air, une autre zone sans mouvement est l'entrée de l'extrudé dans le réservoir sous vide. L'opération est relativement difficile, l'entée du réservoir de refroidissement étant occupé par l'eau en circulation. L'eau reste généralement sous contrôle strict via utilisation de barrages, diaphragmes et retenues permettant de maintenir un débit d'eau aussi constant que possible et prévenir ainsi tout contact de l'eau instable ou agitée avec le cône de fusion.
Ici, la surface extérieure du produit extrudé est modifiée et passe d'un état liquide visqueux à haute température à l'état solide : l'extrudé entre tout d'abord en contact avec l'eau du réservoir de refroidissement et crée une condition irréversible du produit.
