Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur le refroidissement par extrusion

Allan Griff | 12 janvier 2023

La chronique d'extrusion de ce mois-ci porte sur le froid, ce qui est approprié pour janvier. Souvent en extrusion il fait froid et humide, ce qui est encore plus approprié cette année.

Pour qu’un thermoplastique ramollisse suffisamment pour être extrudé, il doit être chauffé – le thermo en thermoplastique. Avant d’aller plus loin, clarifions deux choses.

D'abord,la chaleur est une forme d'énergie , afin qu'il puisse être compté et mesuré. L'énergie a de nombreuses formes, mais elle n'apparaît ni ne disparaît. Pas de magie. Elle peut être mesurée en calories – la chaleur qui fait monter un gramme d’eau de 1°C. C'est une petite quantité, il est donc courant d'utiliser des lettres majuscules : Calories (Cal) ou Calories (Kal ou Kcal) pour représenter 1 000 petites calories. Si vous utilisez des joules : 4,2 joules = 1 calorie.

Les chiffres sont connus depuis longtemps, mais ils sont parfois ignorés ou évités lorsque le comptage n’est pas bienvenu. Idem pour les personnes qui ne veulent pas compter les calories alimentaires, ce qui n'est pas scientifique mais permet d'autres plaisirs de manger, comme le goût et la « liberté » de suivre ses impulsions et son image, comme : « Si c'est vert, c'est bon pour toi. »

Nous, les scientifiques, pouvons également profiter de la nourriture, même si nous comptons les calories : 9 Kcal/gramme de graisses ou d'huiles et 4 Kcal/gramme de protéines et de glucides (amidon, sucres), s'ils sont digérés et disponibles. Oui, les graisses sont des nutriments en tant que sources d’énergie, et les protéines sont les mêmes que les amidons et les sucres, mais l’image publique dit le contraire. L'eau – 80 % pour la viande et variable pour les légumes – est également bonne pour la santé mais n'est pas une source d'énergie. Donc, ça ne compte pas. Internet et les étiquettes des aliments regorgent de ces informations, mais rappelez-vous que c'est par gramme, donc la quantité que vous mangez compte. Environ 30 grammes = une once et 454 grammes = 1 livre, alors ne laissez pas les grammes vous arrêter.

Le deuxième élément à clarifier estéchelles de température . Nous devons parler à la fois de C et de F, et si nous avons une jauge ou un point de données, savoir quelles sont les unités. C'est simple : 5°C = 9°F et 0°C fait 32°F (l'eau gèle en glace, mêmes molécules mais structure organisée). Fahrenheit (F) a inventé le thermomètre en 1717, mais Celsius (C) a basé l'échelle sur l'eau qui gèle et bout en Suède, au bord de la mer, comme au niveau de la mer aux États-Unis (cela varie avec l'altitude, mais il ne le savait pas).

Revenons aux plastiques. Pour comprendre le refroidissement, nous devons comprendre le chauffage. Le froid n’existe pas : le refroidissement signifie la suppression d’énergie. Il faut environ 138 Kcal (0,16 kWhr) pour chauffer 2,2 lb (1 kilogramme) de polyéthylène basse densité (LDPE) d'une température ambiante de 73 °F (25 °C) à une température d'extrusion de 410 °F (210 °C). ). Cela représente environ 0,61 Kcal par livre. Ces chiffres sont idéaux, mais dans le monde réel, il y a de réelles pertes ; si je n'ai pas d'autres informations, je suppose que le double est nécessaire. C'est généralement encore trop peu pour se soucier du coût, mais pas de la surchauffe.

La majeure partie de cette énergie provient du moteur, car il surmonte la friction pour faire avancer la vis dans la masse fondue collante. Une partie provient des filières chauffantes, ainsi que des réchauffeurs de fûts pour les plastiques à haute température comme le PET et les nylons. Ces chiffres incluent à la fois l’augmentation de la température et la rupture de la cristallinité, qui est d’environ 40 % pour le LDPE.

Il est difficile de trouver de telles données, même sur Internet. J'utilise Rao & O'Brien (Hanser, 1998), et les scientifiques en polymères connaissent d'autres sources, mais les extrudeurs ne s'en soucient pas beaucoup, car la plupart des machines peuvent ajouter plus qu'assez de chaleur. Cela conduit cependant à un malentendu courant, à savoir que la majeure partie de la chaleur provient des réchauffeurs de baril, car ce sont les températures que nous régulons à la fois avec les réchauffeurs et le refroidissement par air ou par eau.

Mais l'importance de la chaleur du baril n'est vraie que pour les très petites machines, ou pour toutes les machines qui fonctionnent lentement, certaines machines de revêtement par extrusion, certaines jumeaux et les polymères à haute température, comme indiqué ci-dessus. Les radiateurs sont nécessaires au démarrage et utiles pour maintenir les choses stables, mais ne constituent généralement pas une source majeure de chaleur. La température du canon arrière est critique pour une autre raison : elle contrôle le glissement des pellets sur les parois du canon dans la ou les premières zones et, ainsi, contrôle le taux d'entrée/sortie.

Les extrudeuses à tube rainuré constituent un cas particulier important, souvent utilisées pour le PE haute densité (HD). Si vous en avez un, apprenez-en davantage sur son fonctionnement. La première zone est refroidie à l'eau pour éviter qu'elle n'y colle et n'y fonde. Avec les fûts lisses également, il peut y avoir un refroidissement pour éviter de coincer dans les passages d'entrée d'alimentation, mais à moins qu'il n'y ait des rainures, cela est rarement étroitement contrôlé.