Les composants mécaniques et la plupart des systèmes technologiques comprenant des organes en mouvement mutuel peuvent subir des dysfonctionnements et des endommagements entraînés par l'usure. Les extrudeuses sont utilisées dans une vaste gamme de processus et une haute fiabilité est essentielle en vue d'une fabrication rentable. Les composants critiques de l'extrudeuse sont le tube et la vis, qui sont soumis à différents environnements entraînant usure et corrosion en fonction de l'utilisateur final.
Causes de l'usure de la vis
Dans l'extrudeuse, les composants en mouvements sont la vis et le tube, et un fluide circule également et risque d'aggraver encore l'usure. De nombreux facteurs sont cause d'usure du tube et de la vis :
- Démarrage à froid de la vis
- Traitement de matériaux non adaptés (ex. polymères corrosifs avec une vis non prévus pour ce type de polymères)
- Chauffage irrégulier du cylindre
- Alignement incorrect vis-cylindre
- Non-rectitude de la vis
- Additifs abrasifs dans la formule polymère
- Matériau incorrect de la vis ou du cylindre
- Corrosion entraînée par une dégradation de l'additif du polymère
Tous ces facteurs entraînent trois grands phénomènes d'usure : abrasion, corrosion et adhérence.
L'usure par abrasion est entraînée par des particules dures (ex. fibre de verre, carbonate de calcium, retardateur de flamme) ajoutées aux polymères. Le glissement du polymère dans le canal de la vis à une pression et une température élevées entraîne un phénomène d'abrasion dû aux particules dures qui frottent contre la surface du métal et endommage ainsi la vis et le cylindre. L'importance de l'usure par abrasion est fonction de la dureté des particules ainsi que de leur forme et de leur dimension. Ce type d'usure peut être réduit via durcissement de la surface de la vis et du cylindre (ex. nitruration et chromage).
L'usure corrosive est due aux additifs corrosifs et aux particules de polymère dégradées qui attaquent chimiquement les composants de l'extrudeuse. L'usure corrosive se produit essentiellement dans la zone de dosage car les températures y sont plus élevées et le matériau y séjourne durant une période prolongée, ce qui accroît les risques de dégradation du produit. Les effets de cette usure peuvent être limités en utilisant les mêmes traitements de surface que pour l'usure par abrasion.
L'usure d'adhérence peut être entraînée par un contact métal-métal entre le cylindre et la vis, leur rotation entraînant un contact momentané entre le sommet du filet et la surface du cylindre qui donne lieu à une sorte de soudage, immédiatement annulé par la rotation de la vis. Ce phénomène d'usure peut être réduit et même éliminé via alignement correct de la vis dans le cylindre et en ayant soin de rendre la vis et le cylindre aussi rectilignes que possible.
Le premier signe d'usure de la vis
La première conséquence de l'usure pouvant être remarquée est la baisse du débit maximum pouvant être géré par l'extrudeuse. La vis, conçue pour tourner dans le tube, présente un diamètre de filet légèrement inférieur à celui du tube en vue de permettre la rotation aisée de la vis. Selon le projet, l'espace entre le sommet du filet et la surface du tube est réduite et remplie de polymère fondu faisant office de lubrifiant. Des polymères non abrasifs et un alignement correct de la vis avec le tube peuvent garantir le fonctionnement en continu de l'extrudeuse durant jusqu'à dix ans sans pratiquement aucune usure. En cas de traitement de polymères abrasifs, l'alignement n'est pas correct ou certains des facteurs d'usure susmentionnées se produisent, le phénomène d'usure compromet tout spécialement le filet de la vis et surtout son sommet, augmentant ainsi l'espace entre le filet et la surface du cylindre. Avec l'augmentation de l'espace, la performance de l'extrudeuse baisse, c'est-à-dire que la température du polymère en sortie de l'extrudeuse augmente, de même que l'instabilité du processus, tandis que le débit baisse.
« La dégradation entraîne une perte irréversible des propriétés mécaniques et optiques du polymère extrudé »
Les premiers signes de progression de l'usure sont indiqués par la baisse du débit du matériau traité par l'extrudeuse. Une fois que l'usure est importante, une fuite excessive de matériau se produit au-dessus du filet et la vitesse en sortie de l'extrudeuse est réduite.
En cas de vis usée, il est nécessaire d'augmenter la vitesse de rotation en vue de maintenir la pression de décharge et le débit nominal. L'usure maximum acceptable est celle permettant un processus d'extrusion économiquement viable. L'usure peut affecter toutes les parties de la vis, mais a généralement tendance à être supérieure si la pression est majeure, et donc dans les zones de transfert et de dosage.
Une autre conséquence de l'usure du flet de la vis est une augmentation de la température du polymère. La hausse de température annule tout d'abord la faible liaison entre les macromolécules, ainsi que les liaisons covalentes entraînant la dégradation chimique du polymère. La dégradation thermique, qui se produit au-dessus de la température de fusion, peut se produire du fait de températures trop élevées ou en cas de polymère maintenu à haute température durant une période excessive. La dégradation entraîne une perte irréversible des propriétés mécaniques et optiques du polymère extrudé. La rupture des liaisons covalentes entraîne la formation de produits volatils, les petites molécules étant générées par la rupture des macromolécules à l'état gazeux. Autre conséquence de la dégradation thermique, le jaunissage du polymère fondu, et donc du produit fini ; des résidus de carbone peuvent également se former dans les cas les plus graves.
Solutions personnalisées contre l'usure des vis
Les vis Bausano sont spécialement conçues selon les besoins de production de chaque client, et donc parfaitement adaptées aux caractéristiques du polymère traité. Les vis Bausano sont en particulier revêtues de métal dur (ex. stellite) prévenant l'usure de la vis. Le tube reçoit le même revêtement. La durée de vie de la vis est ainsi considérablement prolongée, et tous les problèmes liés à la compatibilité partielle entre la vis et le matériau traité sont éliminés.
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