Les stratégies d'extrusion s'attaquent au dépassement de température pour un meilleur contrôle

L'extrusion, pilier de la fabrication du plastique, est confrontée à un défi persistant : le dépassement de la température du cylindre. Ce phénomène, où les températures réelles dépassent les valeurs prédéfinies malgré les efforts de refroidissement, sévit sur les lignes de production du monde entier, compromettant l'efficacité, la qualité des produits et la consommation d'énergie.

Le dépassement de la température du cylindre se manifeste de plusieurs manières :

• Dépassement global : Toutes les zones de chauffage dépassent les températures cibles
• Dépassement localisé : Des zones spécifiques (en particulier près de la filière) sont chaudes
• Dépassement fluctuant : Les températures oscillent au-dessus des points de consigne
• Dépassement soutenu : Élévation persistante de la température résistant au refroidissement

De multiples facteurs contribuent au dépassement de la température :

• Chauffage par cisaillement : L'énergie mécanique se transforme en chaleur pendant le traitement des polymères
• Faible conductivité thermique : Les polymères résistent au transfert de chaleur, créant des points chauds internes
• Inefficacité du refroidissement : Dissipation de chaleur inadéquate des surfaces du cylindre
• Défauts de conception de la vis : Des sections de compression ou de mélange inappropriées concentrent la chaleur
• Paramètres de processus : Des vitesses de vis ou des débits d'alimentation excessifs génèrent un excès de chaleur

Les approches de refroidissement standard aggravent souvent le problème :

• Les systèmes d'entraînement des extrudeuses surpuissent généralement la capacité de refroidissement de 4 à 20 fois
• Les propriétés isolantes du polymère empêchent un refroidissement interne efficace
• Le refroidissement excessif augmente la viscosité, nécessitant plus d'énergie

Cela crée un cercle vicieux : le refroidissement augmente la viscosité, exigeant un couple plus élevé, ce qui génère plus de chaleur de cisaillement.

Le processus d'extrusion convertit l'énergie électrique en énergie mécanique, puis en énergie thermique :

• Le couple d'entraînement dépend de la viscosité de la masse fondue
• Les polymères à faible viscosité nécessitent moins de couple, mais transfèrent moins d'énergie
• Le refroidissement affecte la viscosité, modifiant les besoins en énergie

Les relations température-viscosité varient selon le polymère :

• Le coefficient de consistance quantifie la dépendance viscosité-température
• Les modèles de loi de puissance décrivent le comportement d'écoulement de la plupart des polymères
• Les changements de viscosité varient de 10 à 1 080 poises par °C selon les polymères

• Modérer les vitesses de vis pour équilibrer le débit et la génération de chaleur
• Optimiser les débits d'alimentation pour maintenir un flux stable
• Ajuster la contre-pression pour minimiser le chauffage par résistance

• Mettre à niveau les systèmes de refroidissement avec un entretien approprié
• Mettre en œuvre des conceptions de vis qui distribuent le chauffage par cisaillement
• Envisager une isolation du cylindre pour la stabilité thermique

• Choisir des polymères avec des propriétés thermiques favorables
• Tenir compte des profils viscosité-température lors de la sélection des résines

Une usine de fabrication a résolu les problèmes chroniques de dépassement de température en :

• Réduisant la vitesse de la vis de 15%
• Nettoyant et optimisant les canaux de refroidissement
• Installant une vis avec une zone de compression étendue
• Améliorant la ventilation de l'atelier

Ces changements ont réduit les fluctuations de température de 60 % et amélioré la cohérence des produits.

Une maîtrise efficace de la température nécessite de comprendre la dynamique énergétique, les propriétés des matériaux et les interactions du processus. Plutôt que de s'appuyer sur un refroidissement agressif, les fabricants devraient adopter des stratégies globales qui s'attaquent aux causes profondes tout en maintenant la stabilité du processus et l'efficacité énergétique.