Quelle est la cause de l'irrégularité d'extrusion dans les machines d'extrusion plastique pour les profilés de rupture thermique ?

Déséquilibre thermique dans la machine d'extrusion plastique

Gradients de température axiaux et radiaux perturbant l'homogénéité de la fusion

Les différences de température le long du canon, combinées à des variations sur sa largeur, entraînent une viscosité polymère incohérente, ce qui perturbe l'homogénéité de la fusion nécessaire à la fabrication de bons profilés de rupture thermique. Lorsque la zone d'alimentation devient trop froide, le processus de fusion ralentit. En revanche, si la section de dosage est trop chaude, les chaînes polymères commencent à se dégrader thermiquement. Ces gradients de température provoquent divers problèmes, notamment des débits irréguliers, des brins de différentes épaisseurs et ces ondulations de surface agaçantes que tout le monde déteste. Selon certaines données industrielles, des variations de température aussi faibles que 5 degrés Celsius peuvent augmenter les fluctuations de viscosité d'environ 30 %, rendant les pièces dimensionnellement instables. Les fabricants ont constaté qu'un investissement dans des systèmes de chauffage précis à plusieurs zones, combiné à des vérifications régulières de l'isolation du canon, permet généralement de maintenir sous contrôle ces écarts de température problématiques.

Zones froides et zones chaudes induisant un cisaillement localisé et une séparation d'écoulement

Lorsqu'il existe des différences de température dans la zone de transformation, cela crée des niveaux de viscosité différents qui entraînent des points concentrés de contrainte de cisaillement là où les matériaux se déplacent à des vitesses variables. Les zones froides autour des goulottes d'alimentation provoquent une résistance plus élevée, ce qui fait que les polymères adhèrent davantage que nécessaire aux parois du cylindre. Pendant ce temps, les zones plus chaudes près des filières abaissent localement la viscosité, ce qui fait avancer le matériau trop rapidement avant qu'il ne soit prêt. Ces déséquilibres entraînent des motifs d'écoulement en spirale à l'intérieur du système, une séparation entre les couches de matériau aux interfaces et, en fin de compte, une faible adhérence le long des lignes de fusion dans les profilés extrudés. Les caméras thermiques montrent que ces petites variations de température peuvent effectivement différer jusqu'à 15 à 20 degrés Celsius sur des équipements souffrant de mauvaises lectures des thermocouples ou d'éléments chauffants usés. Pour assurer un fonctionnement fluide pendant la fabrication avec rupture thermique, les opérateurs d'usine doivent vérifier régulièrement leurs capteurs et ajuster les vitesses de vis selon les indications des profils thermiques. Faire cela correctement permet d'éviter les séparations d'écoulement gênantes qui compromettent la qualité du produit.

Instabilités liées aux matériaux affectant l'uniformité de l'extrusion

Absorption d'humidité et surpression induite par la vapeur dans les matières premières hygroscopiques (par exemple, PA66-GF25)

Des matériaux tels que les résines hygroscopiques, notamment le PA66-GF25, ont tendance à absorber l'humidité de l'air lorsqu'ils sont stockés ou manipulés avant le début du traitement. Une fois que ces matériaux atteignent des températures supérieures à 220 degrés Celsius à l'intérieur de l'extrudeuse, toute eau cachée se transforme presque instantanément en vapeur, créant des pics de pression soudains pouvant dépasser 15 mégapascals. Ce type d'expansion rapide perturbe la régularité de l'écoulement du matériau fondu, provoquant des fluctuations dans la production et faisant en sorte que les profilés de rupture thermique présentent des dimensions incohérentes le long de leur longueur. Pour éviter ce problème, les fabricants doivent sécher les granulés de résine jusqu'à une teneur en humidité d'environ 0,2 pour cent ou moins avant de commencer l'extrusion. Des tests réguliers par des méthodes telles que la titration de Karl Fischer permettent de confirmer un séchage adéquat, ce qui maintient à son tour une viscosité du matériau constante tout au long du processus et assure un écoulement homogène du matériau fondu pour tous les lots.

Particules non fondues et écoulement en couches provoquant des lignes en spirale et un délaminage

Lorsque la fusion n'est pas complète, il reste des particules solides qui ont tendance à se déplacer vers les parties plus froides de la paroi de la filière en raison de l'interaction entre la chaleur et la pression, créant ce que l'on appelle un écoulement stratifié. Ce qui suit est assez évident lorsqu'on examine le produit fini : ces lignes en spirale deviennent visibles à la surface du matériau extrudé. Si le refroidissement est trop rapide, ces couches commencent à se séparer au niveau de leurs interfaces. Selon des essais réalisés selon la norme ASTM D638, cette séparation peut réduire la résistance des profilés composites de rupture thermique de 40 % à 60 %. La bonne nouvelle ? Les fabricants peuvent corriger ce problème en ajustant la forme des vis utilisées pendant le traitement afin d'améliorer la performance de fusion tout en maintenant une température uniforme sur les deux axes. Bien maîtriser ce processus permet de réduire considérablement la présence de particules problématiques et assure un mélange homogène dans tout le matériau.

Défauts mécaniques et opérationnels de la machine d'extrusion plastique

Usure de la vis, dégradation de l'hélice et incohérence du flux de fusion

Les vis s'usent avec le temps lorsque des matériaux abrasifs et des impuretés pénètrent dans le système. Cette érosion progressive modifie la forme de l'hélice et rend plus difficile le bon déplacement du matériau. Lorsque l'usure devient importante, elle perturbe la transmission de la chaleur tout au long du processus. Certaines zones peuvent devenir trop froides tandis que d'autres forment des points chauds dangereux, ce qui entraîne des marques disgracieuses en surface et des résultats de fusion inconstants. La plupart des usines effectuent des vérifications au micromètre environ toutes les 500 heures de fonctionnement afin de détecter les problèmes avant qu'ils ne s'aggravent. Passer à des vis en acier trempé plutôt qu'en alliage classique peut doubler la durée de vie dans certains cas, maintenir une qualité de fusion constante et réduire les arrêts imprévus frustrants qui gaspillent tant de temps de production.

Le désalignement de la filière et le décalage entre la traction et la vitesse d'extrusion entraînant une variation de l'épaisseur de paroi

Lorsque les filières se désalignent, l'écoulement du polymère fondu devient inégal. En même temps, un décalage entre la traction et la vitesse d'extrusion peut étirer ou comprimer la partie centrale du profilé. Ces problèmes combinés provoquent généralement des variations d'épaisseur dépassant plus ou moins 5 % dans les profilés à rupture thermique. Heureusement, l'utilisation d'outils de guidage laser ainsi que des systèmes d'entraînement correctement synchronisés permettent de réduire ces écarts à moins de 1 %. La plupart des fabricants constatent qu'il est préférable de réaliser des vérifications de calibration régulières environ toutes les 50 séries de production. Ces calibrations sont généralement vérifiées au moyen de mesures d'épaisseur de paroi par ultrasons. Cette approche maintient les dimensions dans des limites acceptables et réduit significativement les pertes de matière à long terme.