FRUn préparateur exploitant une ligne à double vis de 40 mm obtient rarement deux fois le même pellet après avoir déplacé la même formulation de TPE vers une machine de 75 mm. La dureté Shore A dérive de deux ou trois points, l'huile migre vers la surface des granulés et le brin colle au convoyeur. Le diamètre de la vis est rarement la véritable cause. Ce qui change habituellement, c'est la densité de couple, la capacité d'alimentation en liquide et le chemin de refroidissement entre la filière et le granulateur.
Voici la réponse courte : fixez d'abord la densité de couple, puis l'architecture d'alimentation, puis la voie de granulation. Dans la composition du TPE, ces trois décisions interagissent beaucoup plus fortement que dans le PVC rigide ou le polypropylène non chargé, car la matière fondue est molle, la formulation contient souvent 30 à 50 pour cent d'huile en poids et le polymère est soit légèrement réticulé, soit pas du tout réticulé.
Les sections ci-dessous examinent chaque décision dans l'ordre, avec les tolérances, les contraintes et les compromis en atelier qui déterminent réellement si une ligne maintient son taux.
Ce qui différencie le mélange TPE du mélange plastique rigide
Le TPE est une famille, pas un seul polymère. Les qualités de copolymères séquencés styréniques à base de SEBS ou SEPS, de TPV vulcanisés dynamiquement, de mélanges d'oléfines thermoplastiques et de TPU passent tous par une ligne de mélange, et chacun demande quelque chose de différent au baril.
Une qualité à base de SEBS contient généralement 100 à 200 phr d'huile de traitement paraffinique. Cette huile doit être poussée dans le bloc intermédiaire en caoutchouc sans détruire les blocs d'extrémité en polystyrène qui confèrent au matériau sa résistance. Un TPV contient une phase de caoutchouc qui doit être cisaillée suffisamment fort pour se disperser uniformément, mais pas au point de se dégrader. Un TPU est sensible à l'humidité et l'eau résiduelle dans l'aliment produit des bulles, des défauts de surface et une perte mesurable de propriétés mécaniques.
| Famille TPE | Tâche principale de composition | Demande alimentaire | Itinéraire typique de granulation |
|---|---|---|---|
| SEBS / SEPS, étendu à l'huile | Répartir l'huile dans la phase caoutchouc sans casser les blocs durs | Injection de liquide en aval et alimentation gravimétrique en polymère | Découpe à face chaude à l'anneau d'eau ou découpe sous l'eau |
| TPV (PP/EPDM) | Vulcanisation dynamique sous cisaillement et temps de séjour contrôlés | Dosage précis des curatifs et des huiles | Pelletage sous-marin |
| Mélanges de TPO | Disperser le mastic et le pigment uniformément | Alimentateur latéral pour talc ou carbonate de calcium | Fil ou anneau d'eau |
| TPU | Contrôler l’humidité et limiter l’historique thermique | Aliments séchés, transport scellé | Pelletage sous-marin |
Le fil conducteur est que la plupart des formulations de TPE contiennent au moins deux flux que les composés de plastique rigide ne contiennent pas : un liquide et une poudre à faible densité apparente. Faire entrer ces deux flux dans la fonte à un rythme contrôlé est le principal facteur déterminant pour savoir si la ligne fonctionne de manière stable pendant un quart de travail complet. La même logique régit les processus d'extrusion-réaction, dans lesquels le polymère est construit dans le fût plutôt que simplement fondu, comme décrit dans les travaux sur Lignes d'extrusion de réaction TPU .
La densité de couple est la première spécification à corriger
Le couple spécifique est le chiffre le plus utile pour comparer les machines à double vis co-rotatives. Il est calculé comme le couple sur chaque arbre divisé par le cube de l'entraxe et exprimé en Nm/cm³. Une machine de mélange conventionnelle se situe autour de 9 Nm/cm³. Les conceptions à couple élevé atteignent 11 à 13,5 Nm/cm³, et Kunwei déclare que sa machine orientée mélange atteint 14 Nm/cm³.
Figure 1 : Classes de couple largement utilisées pour les machines de mélange à double vis corotatives, avec le chiffre de 14 Nm/cm³ indiqué par Kunwei pour sa série de mélange.
La densité de couple se convertit directement en volume libre et en vitesse de vis utilisable. L'absorption de 150 phr d'huile nécessite un volume libre suffisant pour que le liquide soit absorbé sans s'accumuler au niveau de la filière. Pour conserver intact un élastomère thermosensible, il faut atteindre le travail de mélange nécessaire à bas régime. Une machine à couple plus élevé effectue les deux tâches à la fois, car le même rendement est fourni avec moins de tours, de sorte que chaque kilogramme de TPE connaît un historique de cisaillement total inférieur.
C'est pourquoi extrudeuses à double vis à couple élevé sont devenus le choix par défaut pour la composition TPE et TPV plutôt qu'une mise à niveau facultative. Le compromis est mécanique : les arbres cannelés, les roulements de boîte de vitesses et les éléments de vis doivent tous être dimensionnés pour la charge, donc une affirmation de 14 Nm/cm³ n'est crédible que lorsque l'ensemble de la transmission est construit pour y correspondre.
Série KTS haute performance Paramètres techniques Voir le produit → Architecture d'alimentation : injection d'huile, remplissage et alimentations latérales
La plupart des lignes TPE qui ne parviennent pas à atteindre la puissance nominale sont limitées en amont, et non au niveau de la vis. Trois décisions alimentaires comptent le plus.
Point d'injection de liquide
L'huile est injectée dans une section de baril en aval d'un joint de fusion, jamais dans la gorge d'alimentation. La conduite d'injection doit être chauffée par traçage et le débit doit être contrôlé par une pompe à engrenages ou une unité de dosage gravimétrique plutôt que par gravité. Une formulation SEBS typique reçoit 100 à 200 pce d'huile paraffinique, donc une fluctuation de taux de quelques pour cent est immédiatement visible dans la dureté Shore.
Ajout de poudre et de charge
Le talc, le carbonate de calcium, les retardateurs de flamme et les poudres colorées ont tous une faible densité apparente et ont tendance à se fluidiser dans la gorge d'alimentation, ce qui prive la vis de nourriture et provoque un gonflement. Un alimentateur latéral qui applique une légère pression négative au point d'entrée compacte la poudre lorsqu'elle entre dans le baril, augmentant ainsi la densité apparente effective et stabilisant le débit d'alimentation.
Alimentation latérale L'alimentateur latéral est utilisé pour l'alimentation forcée de poudre, de fibres courtes ou de prémélanges, ce qui peut répondre de manière flexible aux besoins du processus ou augmenter la quantité d'alimentation. Au... Voir le produit → Contrôle gravimétrique
Les doseurs à perte de poids sont standard sur les lignes TPE car ils corrigent automatiquement la dérive de densité entre les lots de charge et le changement progressif de la densité apparente des granulés à mesure que la teneur en huile varie. L'alimentation volumétrique n'est adéquate que lorsque la formulation est fixe et que les matières premières proviennent d'une seule source qualifiée.
Température de fusion, cisaillement et dévolatilisation
Les matières fondues TPE sont molles et sensibles à la chaleur, de sorte que le profil du cylindre s'élève généralement jusqu'à un pic de mélange, puis retombe avant la filière. Une température de matrice élevée rend la matière fondue trop fluide pour être découpée proprement, tandis qu'une matrice trop froide augmente la pression de tête et peut provoquer une rupture de la matière fondue.
Figure 2 : Points de consigne illustratifs pour un composé SEBS étendu à l’huile, avec une zone d’alimentation froide, un pic de mélange près de la zone trois et un profil descendant vers la filière.
Deux ports de vide sont typiques sur une ligne TPE. Le premier se trouve immédiatement après la zone d’injection d’huile pour éliminer les substances volatiles légères et toute humidité transportée par la charge. Le second se place près de la filière pour éliminer l’eau résiduelle. Faire fonctionner les deux ports au même niveau de vide est une erreur courante ; l'orifice en aval a normalement besoin d'un vide plus fort car la matière fondue est plus fine et la surface libre est plus petite.
Pelletisation : brin, anneau d'eau ou sous l'eau
L'itinéraire de granulation détermine le niveau de poussière, la forme des granulés et le niveau d'attention de l'opérateur que la ligne exige.
| Itinéraire | Comment ça marche | Meilleur ajustement | Attention à |
|---|---|---|---|
| Toron avec convoyeur de refroidissement par air | La matière fondue sort de la filière, refroidit sur un long convoyeur, puis est découpée par un granulateur à brins | Rendement faible à moyen, inspection visuelle facile de la qualité de la matière fondue | Les qualités riches en pétrole collent à la ceinture ; niveau de poussière plus élevé |
| Découpe à chaud à l'anneau d'eau | Les pellets sont coupés au niveau de la face de la filière et jetés dans un anneau d'eau rotatif | Rendement moyen, pellets ronds, investissements modérés | Le contrôle de la température de la face de la matrice doit être strict |
| Pelletage sous-marin | La découpe s'effectue dans une chambre remplie d'eau directement sur la matrice | Rendement élevé, système fermé, faible poussière, idéal pour les fontes molles | Des investissements plus élevés ; traitement de l'eau et changements de tamis nécessaires |
Pour les qualités SEBS riches en pétrole, l'anneau d'eau et la découpe sous-marine sont généralement préférés car les granulés sont trempés au moment où ils sont coupés, ce qui bloque leur forme avant que l'huile ne puisse migrer. La granulation de brins a encore sa place dans les travaux d'essai et dans la production à faible volume, où la capacité de voir le brin vaut plus que le rendement supplémentaire.
Pelletisation sous-marine La découpe à chaud de la surface sous-marine signifie que le matériau est coupé en particules dans l'eau et suit directement le flux d'eau dans le pipeline pour le refroidissement et le façonnage. Voir le produit → Comment une ligne complète de préparation de TPE s'articule
Une ligne TPE s'exécute dans une séquence fixe et chaque étape contraint la suivante. Les alimentateurs définissent le rapport, le alimentateur latéral définit le taux de remplissage, l'extrudeuse définit le travail de mélange et le granulateur définit la forme finale des particules.
Figure 3 : Disposition schématique d'un train de préparation de TPE, depuis l'alimentation gravimétrique en passant par l'extrudeuse à double vis jusqu'au granulateur.
La sélection du diamètre de vis suit le débit requis plutôt que l'inverse. Une gamme de machines d'environ 8 mm à 177 mm couvre tout, depuis un essai en laboratoire de quelques kilogrammes par heure jusqu'à une production industrielle complète, et les essais sur la petite machine doivent être effectués avec le même couple spécifique et le même temps de séjour que l'unité de production, sinon la mise à l'échelle ne tiendra pas.
Foire aux questions sur la composition du TPE
Il s'agit du mélange en fusion d'une base d'élastomère thermoplastique telle que SEBS, SEPS, TPV ou TPU avec une huile de traitement, une charge, un antioxydant et une couleur, suivi d'une granulation en granulés à écoulement libre qui peuvent être moulés par injection ou extrudés.
Une vis à volume libre élevé avec des blocs de pétrissage pour un mélange distributif, une courte section dispersive et un joint de fusion placé avant l'orifice d'injection d'huile. Les produits fondus en TPE souple perdent généralement de leur qualité en raison d'éléments de cisaillement agressifs.
L'huile n'a pas été complètement absorbée avant la filière. Vérifiez que le point d'injection se trouve derrière un joint de fusion approprié, que l'orifice de vide en aval fonctionne et que la température de la filière permet au fil ou à la filière de faire face à la peau avant de couper.
Dans le mélange TPE, la phase caoutchouc reste non réticulée et est simplement ramollie par l'huile. Dans la production TPV, la phase caoutchouc est réticulée à l'intérieur de l'extrudeuse tandis que la phase plastique reste thermoplastique, ce qui nécessite un dosage de durcissement et un contrôle du temps de séjour plus stricts.
Les lignes de production utilisent généralement 100 à 200 pce d'huile paraffinique de qualité SEBS, soit environ la moitié du composé fini en poids. Au-delà de cela, le facteur limitant est généralement la capacité de refroidissement de la matière fondue plutôt que le système d'injection.
Souvent oui, mais cela doit être revu. Les points critiques sont le volume sans vis, la disponibilité d'un orifice d'injection et d'orifices de vide en aval, le couple nominal de la boîte de vitesses et la capacité du granulateur à gérer une matière fondue molle et légèrement collante.
