Technologie des mélangeurs. staoques pour le moulage statiques par en Injection et en Extrusion. InjecOon et Extrusion. Technologie des mélangeurs

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Thierry Marcil
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1 Technologie des mélangeurs Technologie des mélangeurs staoques pour le moulage statiques par en Injection et en Extrusion InjecOon et Extrusion

2 Sommaire IntroducOon Mélangeur staoque pour une homogénéisaoon maoère - Principe de foncoonnement, capacité de mélange - Baisse de pression, puissance requise - InstallaOon, avantages HomogénéisaOon de masse Température d homogénéisaoon Comportement de Plug- flow, auto- ne^oyage Conclusions

puissance requise - InstallaOon, avantages HomogénéisaOon de masse

3 Quelles condioons de fabricaoon pour des produits de qualité? à Un mélange parfaitement homogène à l entrée du moule

4 Réalité Une homogénéité du mélange souvent insaosfaisante selon : - distribuoon des agents (colorants,addiofs, agents de gonflage) à stries de colorant, marbrures, tailles de cellules irrégulières - uniformité de la température à différences de viscosité à exemple, variaoon des épaisseurs de paroi, déformaoon, tailles de cellules irrégulières

tailles de cellules irrégulières - uniformité de la température à différences de

5 Les raisons d un mélange non homogène La vis a de nombreuses foncoons différentes (un équipement tout en un ): drawing- in of material (granulé, poudre) compactage des solides mélange/plasoficaoon du polymère homogénéisaoon du mélange (mécaniquement/thermiquement) décharge de la fonte besoins de mélanges addioonnels quand il y a ajout de colorants, addiofs, agents de gonflage à souvent des différences majeures de viscosité InjecOon : - vis courtes, réducoon de la longueur acove lors de la plasoficaoon

(mécaniquement/thermiquement) décharge de la fonte besoins de mélanges addioonnels quand il y a ajout de colorants, addiofs,

6 Où sont installés les éléments de mélange staoques sur une presse à injecter?

7 Buse mélangeuse pour l injecoon

8 Où sont installés les éléments de mélange staoques sur une extrudeuse?

9 Où sont installés les éléments de mélange staoques sur une extrudeuse? Sheet Die XPS-E 8 elements 531, rte des Vernes Z.I PRINGY - T. +33 (0) F. +33 (0) info@bmsfrance.eu -

Sheet Die XPS-E 115 @ 8 elements 531, rte des Vernes Z.I.

10 Mélangeur en extrusion

11 Les mélangeurs staoques homogénéisent le polymère sans éléments mobiles

12 Design des éléments de mélange staoque Des rangées de barres entrecroisées dans un tube Barres liées entre elles et le tube à structure solide Structure Monolithique à pièces de fonderie Les bords de la grille forment un toit pour des conditions d écoulements réguliers Fabriqués à partir d acier traité haute résistance 17-4 PH très solide L extérieur (D, L) est usiné et équipé avec des indexeurs

bords de la grille forment un toit pour des conditions d écoulements réguliers Fabriqués à partir d

13 Comment foncoonne un mélangeur staoque? Le flux coule dans des couches qui sont réorganisées et qui l obligent à s écouler dans une direcoon radiale les éléments de mélange adjacents sont contrebalancés à 90 à assurent une distribuoon uniforme au- dessus de la secoon de croisement

à s écouler dans une direcoon radiale les éléments de mélange

14 Performance de mélange d un tube vide et de mélangeurs staoques ß Tube vide ß Mélangeur staoque XPS ß Mélangeur staoque XPS- 10 éléments ß Eléments de mélange staoques XPS ß Performance de mélange sur une coupe de chaque élément de mélange

staoque XPS- I @ 10 éléments ß Eléments de mélange staoques

15 But d un mélangeur staoque Homogénéité du mélange juste en amont du moule L homogénéisaoon est la créaoon d une maoère uniforme qui est semblable dans touts ses composants. Les propriétés crioques exigeant une homogénéisaoon dans le moulage d injecoon et extrusion sont : v Propriétés de masse v Propriétés thermiques

16 Avantages d une homogénéisaoon de masse et thermique en InjecOon et Extrusion HomogénéisaOon de masse Réduit les stries et les marbrures de couleur Réduit l usage de colorant (10-40%) Et même la distribuoon d addiofs HomogénéisaOon thermique Tolérance des paroes plus étroites Réduit les taux de rejet Moins de déformaoon des pièces Moins de variaoon de poids des pièces AugmentaOon de la qualité de producoon avec l uolisaoon du rebroyé. Capacité d augmentaoon du % de rebroyé. Temps de cycles plus courts Epaisseur des parois et uniformité des contrôles de mesure Uniformité de distribuoon et de taille des cellules de mousse

déformaoon des pièces Moins de variaoon de poids des pièces AugmentaOon de la qualité de producoon avec l uolisaoon du rebroyé.

17 Raisons des uolisateurs pour installer des mélangeurs staoques Moulage par injecoon (XPS- I) Dans 70% des cas, c est pour l homogénéisaoon de la couleur (masse). Rentable en moins de 2 mois puisqu il y a une plus grande efficacité dans l uolisaoon des colorants. Extrusion (XPS- E) Dans 70% des cas, c est pour l homogénéisaoon thermique Les applicaoons sont pour le contrôle de mesure des feuilles et films, distribuoon et uniformité de la taille des cellules, paroi du tube, fils et câbles et autres issues relaoves à l épaisseur.

Rentable en moins de 2 mois puisqu il y a une plus grande efficacité dans l uolisaoon des colorants.

18 HomogénéisaOon de Masse Quand est- ce qu un mélangeur staoque aide? Stries en direcoon du flux Les mélangeurs staoques corrigent les stries en mélangeant dans le sens radial Stries perpendiculaires au flux Les mélangeurs staoques ne peuvent pas corriger les stries perpendiculaires au flux (besoin de mélangeurs axial) SoluOons Augmenter le taux de dosage Augmenter la contre- pression

sens radial Stries perpendiculaires au flux Les mélangeurs staoques ne peuvent pas corriger les

19 Limites des mélangeurs staoques Les mélangeurs staoques sont des équipement à faible taux de cisaillement et sont donc desonés: à à distribuer les tâches de mélange à mais pas pour les mélanges de dispersion, comme réduire la taille des parocules/solides agglomérées Avec des mélangeurs staoques la plupart des polymères peuvent être traités comme par ex. - Polyolefines (HDPE, LDPE, LLDPE, PP) - Styrenics (GPS, HIPS, ABS, SAN, etc.) - PET, PA (à fibres) - Autres à mais non pour du PVC souple ou rigide (il brûle!)

agglomérées Avec des mélangeurs staoques la plupart des polymères peuvent être traités comme par ex.

20 HomogénéisaOon de masse

21 HomogénéisaOon de masse

22 Economie de Colorant Rentabilité du temps passé Polymère PS RéducIon de Colorant avec XPS % 25.0 Prix du Polymère USD/kg 2.0 Prix du Colorant USD/kg Coût d une buse XPS USD/kg Poids de la pièce g Pourcentage de Colorant % 0.50 g/part 1.50 Coût de la pièce USD/part Temps de Cycle sec Temps de foncionnement de la machine h/day days/week 5.00 Economie de Colorant g/part 0.38 Nouveau coût de la pièce USD/part Economie/pièce USD/part AmorIssement de la buse mélangeuse XPS après: - Nbre de cycles nécessaire cycles Nbre d heures nécessaires hours Nbre de jours nécessaires days Nbre de sem. nécessaires weeks 6.6

23 HomogénéisaOon de masse Réduire les points, stries, marbrures de couleur Réduire l uolisaoon du colorant Maximiser l uolisaoon du rebroyé Distribuer les addiofs

24 Filtre SMF Filtre SMF pour rebroyé Protection des moules canaux chauds Retrofit sans modification de la buse D SMF = D ME and L SMF = L of 2 ME

25 HomogénéisaOon de la température Profile de Température après injecoon - sans disposiof de mélange - downstream of staoc mixer XPS Une température non uniforme entraîne des différences locales dans la vitesse d écoulement à CriOque pour - épaisseur des parois, refroidissement - flux des systèmes de distribuoon pour des remplissage uniforme des cavités

26 HomogénéisaOon de la température InjecOon Contrôle de température pauvre Polymère fondu avec un important DT Remplissage asymétrique Refroidissement inégale/déformaoon des pièces Différence du poids des pièces Taux élevé de rejets Avec des éléments staoques Polymère fondu avec un faible DT Remplissage symétrique Refroidissement idenoque/pas de déformaoon des pièces Poids constant Importante réducoon du taux de rejet

27 HomogénéisaOon de la température Extrusion Importante fonte de polymère DT Epaisseur d assie^e, feuille et film inégale Ajustement du temps de consommaoon du die Taux élevé de rejet durant le démarrage Avec mélangeur staoque Epaisseur d assie^e, feuille et film uniforme Réglage filière très rapide. Taux de rejet peu élevé au démarrage.

28 HomogénéisaOon de la température Extrusion Profile du modèle d écoulement / tube: Cas: a) plié b) plié c) droit

29 Comportement du flux Comparaison du comportement du flux dans un tube vide et dans un mélangeur staoque type XPS dans un flux laminaire Temps de séjour 2 Without Static Mixer 1 and with XPS Static Mixer 0 D

30 Ne^oyage SecIon Tube vide Mélangeur staique Tube vide Matrice Profile de vitesse Flux laminaire en direcion axiale uniquement Comme une prise, tout à fait uniforme, flux radial Flux laminaire en direcion axiale uniquement Flux principal laminaire en direcion axiale Volume de maière nécessaire pour ne`oyer élevé peu élevé peu MaIère usagée Mélangée avec de la nouvelle avec un mélangeur staique, Devient rapidement invisible Mélangée avec de la nouvelle avec un mélangeur staique, Devient rapidement invisible Non mélangée, reste sur les parois du tube et se casse lentement, redevient visible Non mélangée, reste sur les parois du tube comme dans le tube vide, redevient visible

31 Conclusions Les Mélangeurs StaIques XPS- I et XPS- E sont des ouols efficaces pour améliorer l homogénéité du mélange en moulage par injecoon et extrusion Améliorent la qualité du produit avec des coûts d invesossement peu élevés Reme^ent à niveau la performance des machines plus anciennes Entraînent des coûts de producoon moins élevés, ex. Économie de colorants et réducoon des taux de rejets Avoir de bons résultats/coût et une rentabilité rapide en moins de 2 mois.

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