Introduction

L’extrusion est un procédé de fabrication courant qui permet de créer toute une série de produits que nous utilisons quotidiennement. Nous sommes donc tous directement liés à l’extrusion. À elle seule, l’industrie des tuyaux thermoplastiques devrait valoir 4,8 milliards de dollars d’ici 2030, avec un taux de croissance annuel composé d’environ 5,5 %.

Pourtant, il ne s’agit que d’une petite partie de l’ensemble de l’industrie. L’extrusion est utilisée dans divers secteurs tels que l’automobile, l’emballage, le médical, la construction et les biens de consommation, avec une valeur de marché totale attendue de 220,51 milliards de dollars.

L’extrusion est un procédé de fabrication qui a révolutionné de nombreuses industries. De l’emballage à l’automobile, de l’aérospatiale au secteur médical, cette technique polyvalente a trouvé sa place dans d’innombrables applications.

Qu’est-ce que l’extrusion ?

La fabrication par extrusion permet aux producteurs de façonner et de produire des objets dont la section transversale présente un profil uniforme. Pour obtenir une forme continue avec une section transversale homogène, un matériau, souvent un thermoplastique ou un métal flexible, est conduit à travers une filière ou une ouverture.

Rapport d’extrusion

Le rapport d’extrusion est la surface de la section transversale de départ de l’extrusion finale / la surface de la section transversale.

Le rapport d’extrusion est important car il indique la quantité de travail mécanique que la machine doit effectuer pendant l’extrusion. Il est important de noter que lorsque le rapport d’extrusion est faible, une quantité minimale de travail mécanique doit être effectuée pendant le processus d’extrusion.

En revanche, lorsque le rapport d’extrusion est élevé, une pression plus importante est nécessaire. Ce problème peut être résolu en ajustant la force qui circule dans les machines, autrement dit le débit ou la vitesse d’alimentation.

Vous devez distribuer plus de matière dans votre gorge d’alimentation. La plupart des grands mélangeurs de l’industrie permettent de distribuer jusqu’à 1600 kg/h (débit) de matière.

Vous devez ajuster la vitesse de la vis pour garantir un faible taux d’extrusion.
Pourquoi le taux d’extrusion est-il important ?

Le taux d’extrusion est vital pour les fabricants, car leurs machines fonctionneront pendant des années. Il influe non seulement sur le degré de déformation et le caractère fluide de la matière extrudée, mais aussi sur les paramètres de résistance de ce processus. Une extrudeuse, en particulier le cylindre et la filière, est sujette à l’usure, et la machine doit être réglée manuellement pour garantir une utilisation efficace de la matière et une qualité constante du produit.

Types d’extrusion

Extrusion double (co-extrusion)

La co-extrusion consiste à former un extrudat composé de plus d’un flux de matière thermoplastique fondue. Ce procédé est apparu parce que certaines demandes de services, en particulier dans l’industrie de l’emballage, ne pouvaient être satisfaites par un seul polymère, bien qu’une combinaison de polymères puisse y répondre. La co-extrusion a d’abord été pratiquée dans la production de films coulés et est maintenant utilisée dans l’extrusion de films soufflés et de feuilles.

Le processus de co-extrusion est utilisé dans de nombreux procédés d’extrusion pour réunir deux ou plusieurs extrudeuses afin de former un seul produit multicouche qui présente les caractéristiques suivantes

• une meilleure performance
• Différenciation des produits
• une réduction des coûts
• une fonctionnalité accrue
• une manipulation réduite
• Débit élevé

Extrusion du plastique

L’extrusion du plastique est un processus de fabrication dans lequel le plastique brut (principalement le polymère) est fondu et poussé à travers une filière pour créer un profil continu. L’extrusion du plastique permet de produire des tuyaux/tubes, des clôtures, des rampes de terrasse, des cadres de fenêtre et des feuilles.

Le processus de création de produits plastiques extrudés commence par le dosage et l’introduction de matières plastiques, telles que la poudre, les pastilles et les granulés, à partir d’une trémie, dans le cylindre de l’extrudeuse. Une fois la matière fondue et forcée à travers la vis, la matière fondue est forcée à travers la filière. Lorsque le produit extrudé sort de la filière, il est mis en forme et refroidi.

Le moulage par soufflage est exceptionnellement populaire pour la fabrication d’autres produits tels que les bouteilles en plastique. Pour l’industrie du jouet en plastique, le moulage par injection est plus approprié. Voulez-vous connaître la différence ? Lisez notre article : Moulage par injection et moulage par soufflage.

Extrusion de film

Le film plastique est un matériau fin et continu largement utilisé dans l’industrie de l’emballage alimentaire. Un matériau plastique plus épais est souvent appelé “feuille”. Le film plastique sépare des zones ou des volumes, retient des articles et sert de barrière ou de surface imprimable. Il est le plus souvent utilisé pour l’emballage, la confiserie, le film photographique ou même pour emballer un hélicoptère complet pour le transport.

Extrusion de tubes

Extrusion de tubes. Le procédé d’extrusion de tubes ou de tubes extrudés permet de fabriquer des tubes médicaux et des pailles. Ce procédé est similaire au procédé d’extrusion classique jusqu’à l’étape de la filière et de l’extrusion proprement dite.

Processus d’extrusion du plastique

Il est essentiel de comprendre les différents processus d’extrusion pour obtenir des résultats de production précis et efficaces. Le processus d’extrusion du plastique comprend généralement les étapes suivantes :

Préparation du matériau

L’extrusion permet d’utiliser une multitude de polymères. Cependant, la transformation des matériaux est compliquée et nécessite de choisir le bon matériau pour obtenir un produit adapté à la vente. Vous aurez besoin d’une résine polymère, également appelée support polymère, pour votre production. En fonction du produit souhaité, vous pouvez envisager d’ajouter un pigment, ainsi que d’autres additifs facultatifs tels que des absorbeurs d’UV, des auxiliaires de traitement anti-fracture, des antioxydants ou des allongeurs de chaîne PET.

Les matériaux synthétiques couramment utilisés pour les processus d’extrusion sont les suivants :

Polyéthylène (PE)

Polymère thermoplastique polyvalent connu pour son excellente résistance chimique, sa durabilité et son faible coût. Il est largement utilisé dans diverses applications, notamment les films d’emballage, les tuyaux, les tubes et l’isolation des fils.

Polypropylène (PP)

Un autre polymère thermoplastique populaire connu pour sa grande solidité, sa résistance chimique et sa bonne stabilité thermique. Le PP est couramment utilisé dans les emballages, les pièces automobiles, les textiles et les articles ménagers.

Chlorure de polyvinyle (PVC)

Polymère thermoplastique largement utilisé, connu pour ses excellentes propriétés d’isolation électrique, sa durabilité et sa résistance aux flammes. Le PVC est couramment utilisé dans les matériaux de construction, les tuyaux, les câbles et les profilés de fenêtres.

Polystyrène (PS)

Thermoplastique polyvalent doté d’une bonne rigidité, d’une bonne résistance aux chocs et d’une bonne clarté. Il est couramment utilisé dans les matériaux d’emballage, la coutellerie jetable et les panneaux d’isolation.

Polyéthylène téréphtalate (PET)

Polymère thermoplastique connu pour son excellente solidité, sa transparence et sa résistance à l’humidité et aux produits chimiques. Le PET est largement utilisé dans les bouteilles de boisson, les emballages alimentaires et les fibres synthétiques.

Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)

Thermoplastique robuste et rigide connu pour sa grande résistance aux chocs et à la chaleur. L’ABS est couramment utilisé dans les pièces automobiles, les boîtiers électroniques et les biens de consommation.

Polycarbonate (PC)

Thermoplastique transparent connu pour sa grande résistance aux chocs, sa clarté optique et sa résistance à la chaleur. Le PC est couramment utilisé dans les verres de lunettes, les pièces automobiles et les composants électroniques.

Polyamide/Nylon (PA)

Thermoplastique solide et durable connu pour ses excellentes propriétés mécaniques et sa résistance à la chaleur et aux produits chimiques. Le nylon est couramment utilisé dans les applications techniques, les textiles et les composants automobiles.

Il ne s’agit là que de quelques exemples de matériaux synthétiques utilisés dans les processus d’extrusion. Il existe de nombreux autres types de plastiques et de composés polymères, chacun ayant des propriétés et des applications uniques.

Installation de l’extrudeuse

Le montage de la machine d’extrusion nécessite une installation minutieuse et un étalonnage précis pour garantir un alignement correct.

L’étape suivante consiste à installer la filière d’extrusion ou l’outillage approprié, une tâche qui joue un rôle essentiel dans la détermination de la forme et de la taille du produit final.

Il est essentiel de tenir compte de la conception de la vis, en particulier de la conception cylindrique du cylindre. Cet aspect influe considérablement sur la précision de la dispersion du matériau et contribue à l’obtention des spécifications souhaitées pour le produit.

Dosage

Le dosage consiste à mesurer et à contrôler avec précision la quantité d’additifs, de colorants ou d’autres composants à mélanger à la matière plastique de base.

Les fabricants utilisent des équipements ou des systèmes de dosage pour introduire ces substances supplémentaires dans l’extrudeuse de manière contrôlée.

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Fusion

Alimentation de la matière plastique dans le cylindre de l’extrudeuse à l’aide d’un mécanisme à vis. L’application de chaleur et d’énergie mécanique pour faire fondre le plastique crée une masse fondue homogène. L’extrusion par fusion consiste à faire fondre des granulés de polymère en appliquant de la chaleur et de la friction à travers le cylindre de l’extrudeuse.

Le polymère fondu est ensuite poussé à travers un minuscule trou ou, plus souvent, une “douchette” de trous appelée filière. À mesure que le polymère fondu s’éloigne de la filière, il durcit pour devenir une fibre solide. Cette fibre est tirée et chauffée à plusieurs reprises pendant qu’elle se déplace le long de la ligne d’extrusion jusqu’au produit final.

La condition préalable la plus importante pour le choix du matériau est que le polymère doit fondre et être capable de supporter de fortes forces de cisaillement sans perdre trop de son poids moléculaire.

Pour obtenir un produit de haute qualité, les ingénieurs de fabrication doivent s’assurer que la taille des particules est correcte en déterminant le taux de fusion et en incorporant une fusion graduelle en appliquant de la chaleur à l’intérieur du cylindre. Vous aurez besoin de la chaleur la plus constante possible pour garantir la bonne viscosité de votre produit. Si l’une de ces étapes n’est pas exécutée parfaitement, le produit sera déformé.

Alimentation de la vis

Une fois la matière introduite dans la vis, une combinaison d’éléments de chauffage et de débit pousse la matière à travers la filière pour former le produit extrudé.

Certains fabricants peuvent également faire fondre la matière en chauffant la filière et en tirant sur la matière forcée. Cette technique est également connue sous le nom de pultrusion. L’extrusion pousse le matériau à travers une filière, tandis que la pultrusion tire le matériau à travers la filière. La pultrusion utilise des composites renforcés par de longues fibres, telles que le carbone, le kevlar ou le verre.

Homogénéisation et montée en pression

L’extrudeuse mélange et homogénéise en continu le plastique fondu à l’aide de la vis rotative.

L’augmentation de la pression sur le plastique fondu assure son bon écoulement et élimine les bulles d’air ou les impuretés.

Il est également possible d’éliminer la majeure partie de la force avec laquelle le matériau est poussé à travers la filière. La pultrusion est une technique courante dans l’industrie. Les inconvénients de cette technique sont qu’elle est limitée aux composants à section constante ou quasi constante et que le coût des matrices chauffées peut être élevé. Cependant, la pultrusion présente également de nombreux avantages. En utilisant la pultrusion, vous obtiendrez un produit :

• d’une grande résistance.
• D’un poids faible.
• Avec une excellente résistance à la corrosion et à la pourriture.
• Insensible à l’électricité
• Avec une plus grande uniformité des produits du même type.
• Avec un nombre extrêmement faible de défauts de fabrication dans les produits.

Vitesse d’extrusion

La vitesse d’extrusion correspond au nombre de mètres par heure après que la matière en fusion a été poussée à travers la filière. Il est essentiel de la mesurer car vous voulez savoir combien vous produisez.

La difficulté consiste à mesurer la quantité de matière utilisée pour fabriquer un produit. Lorsque vous pouvez connaître la quantité de matière utilisée pour une certaine quantité du produit final, vous pouvez automatiser vos systèmes de commande et économiser des coûts importants sur l’utilisation de la matière.

En outre, le fait de connaître la vitesse de la ligne ne vous donne aucune indication sur l’épaisseur de votre produit, ce qui est particulièrement important pour les produits creux.

Profils d’extrusion en plastique (filières)

Pour fabriquer des formes d’extrusion précises, il est essentiel de s’adresser à un fabricant professionnel. La filière est un élément sur lequel vous ne devez jamais économiser de l’argent. Pourquoi ? Un léger écart entraînera une production défectueuse, et une filière de mauvaise qualité se détériorera rapidement.

Un moyen très répandu de résoudre ce problème dans l’industrie consiste à utiliser le contrôle de ligne.

Il s’agit essentiellement d’une roue qui mesure la vitesse de la ligne d’extrusion. En d’autres termes, la roue peut mesurer l’épaisseur approximative de votre produit à quelques mètres de sa sortie de la filière.

Le fonctionnement est le suivant : En mesurant gravimétriquement l’utilisation du matériau, la solution de dosage peut communiquer avec la roue rotative (contrôle de ligne) derrière votre filière. La roue est connectée à une technologie qui vous permet de communiquer avec l’alimentateur pour distribuer plus ou moins de matière afin d’obtenir l’épaisseur correcte du produit.

Nous sommes heureux d’avoir aidé des dizaines d’entreprises à éliminer des tonnes de déchets et nous sommes impatients de travailler sur d’autres solutions innovantes pour accroître l’efficacité de l’industrie de l’extrusion.

Mise en forme et refroidissement

Une fois que le plastique est suffisamment chaud pour sortir de la filière, la chaleur doit être évacuée sans déformer les dimensions du produit. Il existe trois principaux fluides de refroidissement : l’eau, l’air et une surface métallique refroidie, telle qu’un rouleau. Les fluides caloporteurs sont utilisés lorsque des températures supérieures à 100°C sont nécessaires, comme c’est le cas à l’intérieur de certains rouleaux pour les lignes de production de feuilles.

Refroidissement à l’eau
L’épaisseur et le profil de la section transversale dépendent de la vitesse de refroidissement lors de l’extrusion du plastique. Les filaments sont souvent refroidis en les faisant passer dans un bain d’eau en circulation.

Pour des polymères spécifiques et des utilisations particulières, il peut être nécessaire que le polymère reste sec. Par exemple, les polymères hydrophiles qui absorbent facilement l’eau (hygroscopiques) et qui sont ensuite utilisés dans l’extrusion (comme dans une imprimante 3D) peuvent absorber trop d’eau s’ils sont refroidis dans un bain d’eau (réservoirs d’eau). Dans ce cas, il convient d’utiliser uniquement le refroidissement par air.

Refroidissement par air

Le refroidissement par air dans l’extrusion refroidit et solidifie rapidement le produit extrudé après sa sortie de la filière. Il s’agit d’utiliser l’air ambiant ou la circulation forcée de l’air pour abaisser la température du matériau, ce qui lui permet de conserver sa forme et son intégrité structurelle.

Voici quelques conditions à remplir pour que le refroidissement par air soit le plus efficace possible :

• Les pièces doivent être exposées au soufflage pendant une période adéquate.
• Le débit d’air doit être suffisant pour sécher toutes les pièces de manière égale.
• Le débit de refroidissement de l’air du convoyeur sur les soufflantes doit être réglable.
• Le soufflage doit permettre d’obtenir une surface propre, sèche et de meilleure qualité.

Bien qu’il existe plusieurs données publiées concernant les coefficients de transfert thermique global entre les polymères et le milieu de refroidissement, elles ne sont généralement pas spécifiques à votre opération et doivent être déterminées de manière expérimentale.

Refroidissement par plaques métalliques

Dans le domaine de l’extrusion, le refroidissement par plaques métalliques fait référence à une méthode dans laquelle des plaques métalliques refroidissent et solidifient le produit extrudé. Ces plaques sont en contact direct avec l’extrusion, ce qui facilite un transfert de chaleur efficace et permet au produit de se solidifier rapidement. Les plaques métalliques contribuent à maintenir la forme, les dimensions et les propriétés mécaniques du matériau extrudé, garantissant ainsi des produits finis de haute qualité.

Les surfaces de rouleaux métalliques sont couramment utilisées pour refroidir la plupart des feuilles plates, les revêtements d’extrusion et certains films. Les feuilles les plus courantes sont des piles de plusieurs rouleaux ; la plupart sont placées verticalement, et quelques-unes sont inclinées, voire horizontales, et peuvent permettre à la matière fondue de tomber dans un pincement. Les films minces et les revêtements peuvent n’avoir qu’un seul gros rouleau de refroidissement, avec lequel le plastique entre en contact lorsqu’il quitte la filière (distance réglable).

Post-production

Découpage et finition

Après avoir extrudé le produit, les fabricants le découpent et le coupent dans les formes ou les longueurs souhaitées. La plupart du temps, cette opération s’effectue automatiquement après que le matériau a été poussé à travers la filière.

Des processus de finition supplémentaires, tels que le refroidissement, le calibrage, le gaufrage ou le traitement de surface, peuvent être appliqués en fonction des exigences spécifiques du produit.

Décollage et enroulement

La plupart des fabricants utilisent un système de décollage pour retirer avec précaution le produit plastique extrudé de la filière et maintenir sa forme et ses dimensions.

L’enroulement consiste à mettre le produit extrudé sur des bobines, des rouleaux ou d’autres formes d’emballage en vue du stockage, du transport ou d’un traitement ultérieur.

Contrôle de la qualité et inspection

Le contrôle de la qualité vise à effectuer des vérifications régulières tout au long du processus d’extrusion afin de garantir la précision des dimensions, la qualité de la surface et le respect des spécifications.

En surveillant les paramètres critiques tels que la température, la pression et la vitesse d’extrusion, les fabricants peuvent maintenir le contrôle du processus et optimiser la qualité du produit.

Procédés de post-extrusion

D’autres processus de post-extrusion peuvent être nécessaires en fonction de l’application spécifique, tels que l’impression, la découpe, l’assemblage, les finitions de surface ou une personnalisation plus poussée.

Emballage et distribution

Après les processus de post-extrusion, les produits sont correctement emballés pour les protéger pendant le stockage, l’expédition et la distribution.

Entretien et nettoyage

L’entretien et le nettoyage de routine de l’équipement d’extrusion sont impératifs pour garantir la longévité et les performances optimales des extrudeuses.

Gestion des déchets

La gestion des déchets a pour but de promouvoir et de mettre l’accent sur des pratiques respectueuses de l’environnement, en gérant et en éliminant correctement tout déchet ou rebut généré au cours du processus d’extrusion.

Liste de référence

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/coextrusion

https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2017/july/columns/processing-extrusion-and-applications-in-food-industry#:~:text=An%20Overview%20of%20Extrusion%20Technology&text=It%20is%20a%20wwidely%20used,cheese%2C%20bread%2C%20and%20more.

https://www.aluminiumtc.com.au/aluminium-extrusions/#:~:text=Les%20extrusions%20d’aluminium%20sont%20un%20terme%20de%20la%20die%20pattern.

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https://www.intechopen.com/chapters/55427

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