GUIDE DE L UTILISATEUR DE PROFILÉS PLASTIQUES

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1 GUIDE DE L UTILISATEUR DE PROFILÉS PLASTIQUES 11, bis rue de Milan Paris Tél. : 33 (0) Fax : 33 (0) Web : E.mail : contact@snep.org

2 Ce document n a pas un caractère contractuel. Les renseignements mentionnés sont représentatifs des techniques actuelles d extrusion et des possibilités qu elles offrent. Donnés à titre indicatif, ils n engagent pas la responsabilité du SNEP et ne peuvent être opposés à ses membres sans avoir fait l objet d un accord entre acheteur et vendeur. Edition Avril Reproduction réservée. 2

3 SOMMAIRE 1 AVANT PROPOS LES MATIERES PLASTIQUES CLASSIFICATION CHOIX DE LA MATIÈRE... 8 > Masse volumique > Caractéristiques optiques > Coloration > Caractéristiques mécaniques > Caractéristiques électriques > Caractéristiques chimiques > Caractéristiques thermiques > Stabilité dimensionnelle > Comportement au feu > Comportement aux agents climatiques > Compatibilités alimentaire et médicale PRINCIPALES MATIÈRES PLASTIQUES UTILISÉES DANS L EXTRUSION CARACTÉRISTIQUES DES PRINCIPALES MATIÈRES THERMOPLASTIQUES CONCEPTION DU PROFILE PLASTIQUE EXIGENCES FONCTIONNELLES FONCTIONS ET CONDITIONS D'EMPLOI CHOIX DE LA MATIÈRE DESSIN DU PROFILÉ > Epaisseurs > Nervures et cloisons > Tolérances dimensionnelles PRIX D UN PROFILÉ THERMOPLASTIQUE > Importance du marché > Série deproduction > Niveau de tolérance requis > Matière 3

4 SOMMAIRE 4 - TECHNIQUES D'EXTRUSION TECHNIQUE GÉNÉRALE DE L'EXTRUSION > Extrudeuses > Vis d'extrusion > Corps de l'extrudeuse > Outillages > Opérations complémentaires sur la ligne d'extrusion TECHNIQUES PARTICULIÈRES D'EXTRUSION > Extrusion multiple > Coextrusion multicolore ou multimatières > Enrobage > Post extrusion 5 - OPERATIONS COMPLEMENTAIRES SUR LIGNE D'EXTRUSION DÉCORATION ET PROTECTION USINAGE FINITIONS RELATIONS COMMERCIALES ENTRE L UTILISATEUR ET L EXTRUDEUR MÉTHODES DE CONSTRUCTION DE L'OUTILLAGE COÛT DE CONSTRUCTION DE L'OUTILLAGE NORMALISATION - REGLEMENTATION BIBLIOGRAPHIE

5 1 - AVANT PROPOS Les matières plastiques occupent une place très importante dans tous les secteurs de l activité industrielle et commerciale. Elles sont arrivées en force, indistinctement dénommées «plastiques», mais toutes différentes comme le sont les métaux. On apprécie qu elles puissent être souples ou rigides, transparentes ou opaques, colorées dans la masse, légères, imputrescibles. Selon les exigences, on a su les rendre ininflammables ou faire qu elles disparaissent discrètement après usage. Les plastiques nous ont habitués à trop de qualités pour regretter qu ils ne les possèdent toutes. Ces nouveaux matériaux, se substituant facilement aux autres, conduisent certains utilisateurs à confondre leurs caractéristiques fondamentales, alors qu elles sont, dans la plupart des cas, très différentes. Ce manque de rigueur peut conduire à des déboires. Il est donc indispensable que le choix de la matière plastique à utiliser pour réaliser un profilé déterminé se fasse en fonction des conditions d utilisation de ce profilé et non en fonction d objectifs exclusivement économiques ou esthétiques. La mise en œuvre des plastiques, notamment par extrusion, procède d une technologie très élaborée en continuelle évolution. Chaque type de profilé à extruder impose des conditions de travail particulières en fonction de la matière utilisée et de ses caractéristiques géométriques propres. La mise au point des outillages et le réglage des machines en début de fabrication ne peuvent s amortir que sur la production de métrages suffisants, si bien que, là comme ailleurs, joue le principe selon lequel des prix compétitifs ne peuvent être obtenus que sur une fabrication en série. Le présent guide a été rédigé pour fournir, sous une forme condensée, les éléments essentiels permettant à un acheteur de dialoguer en toute connaissance de cause avec l extrudeur de son choix. Il y trouvera les renseignements élémentaires concernant les diverses variétés de plastiques. Il est indispensable qu une étroite collaboration s instaure entre l extrudeur et son client ; celui-ci devra fournir tous les renseignements concernant le profilé qu il désire, notamment sa fonction et les conditions dans lesquelles il sera utilisé. L extrudeur pourra alors conseiller au mieux son client sur la matière plastique et la géométrie à retenir pour obtenir le résultat recherché. 2 - MATIERES PLASTIQUES 2.1 CLASSIFICATION La plupart des plastiques résultent de réactions de polymérisation, de polycondensation ou de polyaddition. Certains dérivent également de produits naturels. En pratique, on distingue deux groupes de plastiques : les thermodurcissables et les thermoplastiques. Les premiers, après leur mise en forme, ne se ramollisent plus sous l action de la chaleur. La plupart deviennent pratiquement insolubles et offrent une bonne rigidité. Ils peuvent être transformés par pultrusion. Les seconds, par contre, après leur mise en forme, peuvent se ramollir chaque fois qu ils sont portés à une température déterminée. L incorporation de charges ou d adjuvants peut modifier leurs caractéristiques dans d assez larges limites : souplesse, rigidité. Ces matières sont transformées par extrusion. Elles peuvent être recyclées après utilisation. Le tableau, ci-après, donne la liste des principales familles de plastiques : 5

6 PRINCIPALES FAMILLES DE MATIÈRES PLASTIQUES Granulés PVC rigide / granulés 6

7 IDENTIFICATION RAPIDE PAR LE FEU DES PRINCIPALES MATIÈRES PLASTIQUES La plupart de ces produits peuvent être modifiés en vue d améliorer leur comportement au feu. En conséquence, dans quelques cas, l identification ne peut être faite à l aide de ce tableau. 7

8 2.2 CHOIX DE LA MATIÈRE > MASSE VOLUMIQUE Les plastiques ont une faible masse volumique, qui varie de 0,9 pour le polypropylène, jusqu à 2,3 pour le polytétrafluoréthylène, la majorité étant comprise entre 0,9 et 1,5. Des techniques et des additifs permettent d obtenir, des thermoplastiques expansés de densité variant de 0,4 à 0,9. > CARACTÉRISTIQUES OPTIQUES Certains plastiques peuvent être transparents ou translucides. Parmi les transparents on peut citer le polyméthylméthacrylate, le polystyrène, le styrène-acrylonitrile, le méthacrylate-butadiène-styrène, le polycarbonate, les compounds vinyliques souples ou rigides cristal, le polyéthylène téréphtalate. > COLORATION La coloration dans la masse, à partir de résines de types cristal ou naturelles, ajoute une note attrayante à la présentation du profilé plastique, qui peut aussi être rendu parfaitement opaque. > CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES Les caractéristiques mécaniques présentent une grande variété de valeurs, suivant la nature de la matière. C est ainsi que le module d élasticité peut atteindre MPa pour certains thermoplastiques non chargés. Bien entendu, les thermoplastiques peuvent également être chargés, leur module d élasticité pouvant alors atteindre MPa. Toutefois, les autres caractéristiques peuvent évoluer simultanément dans des sens divers suivant la composition de la matière. Il faut retenir également les faibles coefficients de frottement de certains plastiques (polytétrafluoréthylène, polyéthylène, POM, polyamides ). > CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES Les matières plastiques, généralement isolantes, ont d excellentes propriétés diélectriques. Elles sont très largement utilisées dans la construction du matériel électrique et la câblerie. > CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES Les plastiques sont diversement résistants aux actions chimiques, la gamme des matières actuelles permettant de résoudre la plupart des problèmes posés. > CARACTÉRISTIQUES THERMIQUES La conductivité thermique des plastiques est relativement faible (même très faible dans le cas des plastiques allégés), ce qui présente un intérêt particulier dans les problèmes d isolation, dans le bâtiment, les appareils ménagers, etc. En général, la température courante de déformation des thermoplastiques est de l ordre de 80 C. Pour certains d entre-eux, elle peut s élever jusqu à 150 C et même plus : les fluorés et certains polymères techniques permettent d atteindre en service continu des températures de 250 à 300 C. La valeur du coefficient de dilatation thermique linéaire est fonction des matières et de leurs compositions. > STABILITÉ DIMENSIONNELLE La stabilité dimensionnelle dépend des matières utilisées, des contraintes d environnement (l hygrométrie, la température, les contraintes mécaniques ) 8

9 > COMPORTEMENT AU FEU Le comportement au feu des profilés peut varier en fonction de la matière utilisée, de la géométrie du profilé, des additifs, du secteur visé et des conditions d emploi. Les différents classements sont fonction d une réglementation européenne de révision constante. Certaines matières sont naturellement autoextinguibles. > COMPORTEMENT AUX AGENTS CLIMATIQUES Certains thermoplastiques présentent une bonne résistance aux agents climatiques (UV, infrarouges, brouillard salin, ). > COMPATIBILITÉS ALIMENTAIRE ET MÉDICALE Certaines matières plastiques ont des applications alimentaires et médicales. 2.3 PRINCIPALES MATIÈRES PLASTIQUES UTILISÉES DANS L'EXTRUSION ACRYLIQUES La polymérisation de l ester méthylique conduit au polyméthacrylate de méthyle. La principale résine acrylique est le polyméthylméthacrylate (PMMA) qui présente d excellentes propriétés optiques alliées à des caractéristiques de rigidité, de bonne tenue au vieillissement et de transparence. Le PMMA a une résistance chimique moyenne et il est sensible à la fissuration sous contrainte. POLYAMIDES Trois procédés de fabrication sont utilisés : Polycondensation d un di-acide avec une di-amine : bonnes résistances chimique et thermique (PA 6-6) Polycondensation d un acide amine : bonne résistance aux hydrocarbures (PA 12) Polyaddition d un lactame : bonne résistance aux chocs (PAG) Les polyamides ont une résistance élevée en particulier à l abrasion, une bonne tenue aux chocs et à la fatigue, de bonnes propriétés thermiques ainsi qu une bonne résistance chimique aux solvants organiques. Les PA 6 et 6-6 absorbent l humidité. POLYCARBONATES Le polycarbonate (PC) est obtenu par condensation du bisphénol A et du phosgène. Les caractéristiques du polycarbonate sont la transparence, la rigidité, de bonnes propriétés diélectriques et une excellente résistance aux chocs. Par contre, il a une tenue chimique faible aux lessives alcalines, aux solvants et aux graisses. POLYCHLORURES DE VINYLE ET COPOLYMERES VINYLIQUES La résine de polychlorure de vinyle ou PVC est réalisée par polymérisation du chlorure de vinyle obtenu à partir de l éthylène. En fonction de ses utilisations, on ajoute des charges, des pigments, des agents de renforcement aux chocs, des stabilisants à la lumière, des ignifugeants, etc. On obtient alors un «compound PVC». Le PVC présente une excellente résistance à l abrasion ainsi qu une bonne résistance chimique aux acides, alcalis, huiles, alcools et hydrocarbures aliphatiques. Il est sensible aux chocs à basse température. Le polychlorure de vinyle surchloré (PVC C) présente un comportement amélioré à la chaleur et à la flamme. 9

10 POLYESTERS THERMOPLASTIQUES (PET, PBT) Ils sont obtenus par polycondensation de l acide téréphtalique avec l éthylène glycol (PET) ou avec le butylène glycol (PBT). Le PET a de bonnes propriétés de résistance en traction ainsi qu une bonne résistance au frottement et à l usure. Par contre, il a une résistance limitée aux acides et aux bases fortes. Le PBT conserve de bonnes propriétés mécaniques à températures élevées (sous forme renforcée) ; il a un faible coefficient de friction et une bonne résistance à la rayure. Par contre, il a une mauvaise tenue à certains solvants (aromatiques chlorés). FLUORES (PTFE, FEP, PCTFE, PVDF) Ces résines sont obtenues à partir de monomères fluorés. Elles présentent une inertie remarquable en présence d agents chimiques, un coefficient de frottement très faible et une très bonne tenue à la chaleur. Le PTFE présente un fluage élevé. POLYOLEFINES Ces matières sont obtenues par polymérisation de l éthylène ou du propylène. Il est d usage d associer aux polyoléfines la notion de grade. Le grade est l indice de viscosité intrinsèque à l état fondu, ou encore l indice de fluidité à chaud. Polyéthylène basse densité radicalaire (PE bdr) Le PE bdr est obtenu par polymérisation en continu de l éthylène sous haute pression à des températures de 150 à 300 C. Polyéthylène basse densité linéaire (PE bdl) L éthylène est copolymérisé avec des oléfines à l aide de catalyseurs. Polyéthylène haute densité (PE hd) L éthylène est polymérisé sous basse pression en présence de catalyseurs (chlorure de titane, oxyde de chrome). Ils présentent une grande inertie chimique notamment aux solvants, une grande résistance aux chocs et des caractéristiques diélectriques élevées. Les polyéthylènes sont sensibles au phénomène de fissuration sous contrainte (stress cracking) ainsi qu aux UV. Polypropylène (PP) Il est obtenu par polymérisation du propylène. Cette polyoléfine est caractérisée par une rigidité et une résistance à la flexion alternée élevées, une excellente résistance chimique, une très faible perméabilité à l eau et à la vapeur d eau. POLYPHENYLENE OXYDE (PPO) Il est obtenu par oxydation catalytique du diméthylphénol en milieu solvant. Il a de bonnes propriétés mécaniques (traction, choc) et une très faible absorption d eau, ainsi qu une bonne résistance à la chaleur et des caractéristiques diélectriques excellentes. STYRENIQUES Polystyrène (PS) Il résulte de la polymérisation du styrène. Ses caractéristiques sont la transparence, une bonne rigidité, une faible résistance aux chocs et une mauvaise résistance chimique aux hydrocarbures aromatiques et aux solvants. 10

11 Polystyrène choc (PS choc) Il résulte de la copolymérisation du polystyrène avec du polybutadiène. Par rapport au polystyrène, il présente une résistance aux chocs améliorée. Styrène-acrylonitrile (SAN) Cette matière est obtenue par copolymérisation du styrène et de l acrylonitrile. Ses caractéristiques sont celles du polystyrène (PS) avec amélioration de la résistance aux chocs, de la dureté, de l inertie chimique et de la tenue à la chaleur. Acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) On l obtient par greffage d un mélange styrène/acrylonitrile ou méthylstyrène/acrylonitrile sur une phase élastomère polybutadiène. La possibilité de faire modifier un certain nombre de paramètres permet d obtenir une gamme variée de qualités. Il présente un bon aspect de surface, de bonnes propriétés mécaniques et une bonne tenue à la chaleur. Il est sensible aux UV à moins d une protection appropriée et il a une résistance chimique faible en milieu solvant. Il est opaque. Méthacrylate-butadiène-styrène (MBS) Dans ce terpolymère, l acrylonitrile est remplacé par le méthacrylate. Il ajoute la transparence aux caractéristiques de l ABS. 2.4 CARACTERISTIQUES DES PRINCIPALES MATIÈRES THERMOPLASTIQUES Résistance chimique : B = Bonne, L = Limitée, M = Mauvaise 11

12 2.4 CARACTERISTIQUES DES PRINCIPALES MATIÈRES THERMOPLASTIQUES (suite) VALEURS RETENUES : les valeurs des propriétés mécaniques indiquées sont des valeurs usuelles pour les produits usuels mesurés à température ordinaire. On peut relever des écarts notables par rapport aux fourchettes indiquées en fonction des conditions d essais, des formes et dimensions des éprouvettes. En outre, il existe des agents renforçants élaborés pour des applications spécifiques et qui sortent de ce cadre général. Choc IZOD : 10 J/m = 1kg. cm/cm RESISTANCE CHIMIQUE : B = Bonne L = Limitée M = Mauvaise 12

13 CAOUTCHOUCS THERMOPLASTIQUES N.B. : la dureté des exemples est volontairement limitée à 50D, considérant qu'au-delà, nous avons à faire à des matériaux rigides. B = Bonne résistance L = Résistance limitée M = Résistance mauvaise 13

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15 3 - CONCEPTION DU PROFILE PLASTIQUE EXIGENCES FONCTIONNELLES La réalisation d un profilé plastique ne peut être entreprise sans qu auparavant le client ait défini par un cahier des charges en s inspirant du tableau situé en annexe 1, page 26, toutes les conditions physiques, mécaniques, thermiques, chimiques, électriques, climatiques, technologiques, etc, auxquelles le profilé doit satisfaire. Il ne doit pas oublier d indiquer les séries envisagées, le programme et les délais de livraison prévus. Ces informations permettront à l extrudeur de proposer la matière première à utiliser, la géométrie du profilé, les tolérances et de déterminer la conception de l outillage FONCTIONS ET CONDITIONS D'EMPLOI AUXQUELLES LE PROFILÉ PEUT DEVOIR SATISFAIRE Voir cahier des charges en annexe 1, page CHOIX DE LA MATIÈRE Les renseignements recueillis permettent d établir une liste des caractéristiques que devra posséder le profilé. On pourra classer ces caractéristiques par ordre hiérarchique d importance décroissante. La matière retenue sera celle qui satisfera le plus grand nombre de conditions principales. Ce choix de la matière permet de fixer définitivement les caractéristiques du profilé (géométrie, épaisseur, tolérances, ) DESSIN DU PROFILÉ Il est alors possible d exécuter un plan précis du profilé. La géométrie sera choisie de façon à : assurer les caractéristiques mécaniques en fonction des contraintes ; permettre une extrusion dans les meilleures conditions de régularité et de débit ; permettre l exécution d un outillage le plus simple possible. > EPAISSEURS Si rien ne s y oppose du point de vue mécanique, il est donné généralement aux profilés extrudés des épaisseurs de l ordre de 0,8 à 3 mm. Les fortes épaisseurs présentent l inconvénient, étant donné la faible conductibilité thermique des plastiques, d occasionner des difficultés d extrusion et de refroidissement et, par conséquent, d aboutir à une augmentation notable du prix de revient. Dans la mesure du possible, il est recommandé de prévoir des parois d une épaisseur régulière et constante, pour limiter les tensions internes irrégulièrement réparties selon l épaisseur des parois. Il n est cependant pas impossible de réaliser des parois d épaisseurs différentes, mais dans ce cas la réalisation des outillages est beaucoup plus complexe et la technique d extrusion doit en tenir compte. > NERVURES ET CLOISONS Elles sont utilisées pour donner au profilé plus de rigidité ; elles ne peuvent être que longitudinales. Le «retrait» des cloisons peut provoquer des stries longitudinales sur la face extérieure du profilé ; il est alors recommandé d accentuer volontairement ces stries, pour les transformer en cannelures dont on peut maîtriser la profondeur et la forme. Si malgré la présence de cloisons intérieures, le client désire un état de surface plus lisse, le fabricant pourra réaliser une filière et un conformateur plus complexes qui supprimeront ces déformations de surface. 15

16 > TOLERANCES DIMENSIONNELLES Le tableau ci-dessus, indique les plages de tolérances sur les côtes générales : sections, épaisseurs et longueurs. Elles ont été établies pour les profilés en PVC rigide. Il apparaît nécessaire de rappeler que l accumulation des tolérances de précision entraîne toujours une augmentation du prix du profilé et des outillages nécessaires et qu il est inutile de les imposer si elles ne sont pas rigoureusement indispensables. Les tolérances mentionnées sont indicatives et ne peuvent être opposées à l extrudeur si elles n ont pas fait l objet d un accord avec lui. 16

17 3.5 - PRIX D'UN PROFILÉ THERMOPLASTIQUE Les éléments suivants sont déterminants dans l établissement du prix de vente d un profilé plastique : > IMPORTANCE DU MARCHÉ Celui-ci déterminera la capacité de l outillage et la vitesse d extrusion. > SÉRIE DE PRODUCTION Les frais fixes de mise en route d une ligne d extrusion se répartissent par série commandée. Il est donc intéressant que ces séries soient les plus longues possibles. > NIVEAU DE TOLÉRANCE REQUIS Le nombre de côtes tolérancées et l intervalle de tolérances ont une influence directe sur le prix du profilé. > MATIÈRE La bonne adéquation de la matière au cahier des charges permet d éviter des surcoûts. Profilés 17

18 4 - TECHNIQUES D EXTRUSION TECHNIQUE GÉNÉRALE DE L'EXTRUSION L extrusion est un procédé de fabrication de profilés faisant appel à une technique de transformation en continu de matières organiques synthétiques à l état granulaire ou pulvérulent en un produit ayant un profil déterminé obtenu par forçage de ladite matière à travers une filière. Au sens physique du terme, une substance est plastique lorsqu elle est apte à se déformer à chaud et à conserver cette déformation après refroidissement. Cette transformation en continu d une matière thermoplastique sous contraintes thermiques et mécaniques s effectue sur extrudeuse. On en distingue de nombreux modèles construits sur des principes technologiques différents. Une ou plusieurs vis en rotation à l intérieur d un cylindre en constitue l élément principal. L objectif est d exercer des contraintes mécaniques suffisantes sur les matériaux thermoplastiques à transformer. Pour réaliser cette transformation, on introduit la matière dans la partie arrière du cylindre chauffé. Sous l action combinée de la rotation des vis et de l apport calorifique, la matière est ramollie progressivement puis forcée à travers la filière. A la sortie de la filière, le profilé obtenu est chaud. Il doit être refroidi et maintenu en forme par des conformateurs pour le rigidifier et obtenir les côtes définitives. Refroidi, il est entraîné au moyen d un dispositif de tirage, puis réceptionné après coupe à longueur en barres ou en bobines. L extrudeuse et ses auxiliaires constituent une ligne d extrusion. > EXTRUDEUSES Il existe une très grande variété d extrudeuses. Toutes sont constituées des éléments suivants : un fourreau ou cylindre généralement horizontal, une ou deux vis en rotation à l intérieur du cylindre, un faible jeu existant entre les deux éléments, un dispositif de butées permettant de supporter la contrepression des vis en phase de travail, un équipement de thermo-régulation des différentes zones, une armoire centralisant les asservissements de la machine et les équipements de thermo-régulation. > VIS D EXTRUSION C est le cœur de l extrudeuse, elles assurent les fonctions essentielles suivantes : introduire la matière sous forme de granulés et de poudre par l intermédiaire d une trémie d alimentation et la transporter à l intérieur du corps de l extrudeuse ; assurer la «gélification» de la matière, c est à dire le passage de l état initial de granulés ou poudre à l état pâteux par l action combinée d un travail mécanique de friction et d un apport calorique extérieur ; pousser la matière «gélifiée» à travers la filière pour obtenir la géométrie du profilé souhaité. Les vis d extrusion sont caractérisées par leur diamètre, leur longueur, leur profil, leur système de thermorégulation. 18

19 A. diamètre Le choix du diamètre (exprimé en mm) dépend de la géométrie des profilés à fabriquer (poids au mètre, section, épaisseur, ) et des capacités du matériel situé en aval de l extrudeuse : qualité de la filière, efficacité du calibrage, du refroidissement, du tirage. B. longueur C. profil Cette longueur est conventionnellement et habituellement exprimée en multiples du diamètre. La configuration géométrique et mécanique des vis jouent un rôle fondamental dans l aptitude d une extrudeuse à transformer convenablement les matières thermoplastiques : le nombre, la largeur, la profondeur, l inclinaison des filets, la longueur du pas, la progression du noyau (longueur des zones parallèles, coniques), le rapport de compression, la longueur et la conicité de la pointe. Les vis sont réalisées en acier allié à haute résistance à la fatigue. Elles sont nitrurées et parfois localement stellitées au niveau des sommets et flanc des filets. En faisant varier ces paramètres, les constructeurs ont élaboré un grand nombre de profils de vis. Relativement simples dans le cas des extrudeuses monovis, ils deviennent généralement complexes dans le cas des extrudeuses double vis. Tous ont la caractéristique essentielle de favoriser un malaxage progressif de la matière, en évitant les zones de compression brutale et de cisaillement intense, néfastes à la stabilité de la matière et à son homogénéité. Le profil de la vis doit permettre en même temps, par un malaxage suffisant, d atteindre le niveau des caractéristiques mécaniques permis par la formulation et le niveau de productivité optimal fixé par le constructeur. D. système de thermorégulation Les vis d extrudeuses sont dans certains cas équipées d une thermorégulation qui a pour but essentiel d éliminer les calories qui s accumulent au niveau des pointes de vis et qui sont responsables des défauts visibles sur les parois des profilés : vagues, points de chaînette nuisibles à l esthétique et à la qualité mécanique des profilés. Un fluide (huile, air, eau ) thermorégulé circule à l intérieur de la vis dans une double tubulure concentrique et évacue les calories sans perturber les échanges thermiques matière/vis/cylindre. > CORPS DE L EXTRUDEUSE C est le fourreau ou cylindre creux dans lequel tourne la ou les vis d extrusion. Le jeu entre fourreau et vis n excède pas quelques dixièmes de millimètres. Le volume libre entre alésage et vis est occupé par la matière en mouvement. Le cylindre est équipé d éléments chauffants qui fournissent le complément d énergie nécessaire à la gélification de la matière. On fait appel en général à une circulation d air forcée autour du cylindre ou à la circulation de fluide dans des tubulures disposées à sa périphérie ou noyées dans sa masse. Une régulation thermique permet de maintenir la température constante de chaque zone de chauffage avec une fourchette d amplitude très faible. Les cylindres d extrudeuses sont soumis à des contraintes mécaniques et thermiques sévères. Ils sont exécutés en acier et dimensionnés pour pouvoir supporter à chaud des pressions d au moins 600 bars. Ils sont le plus souvent nitrurés, parfois revêtus d une chemise intérieure en acier à haute résistance à l usure et à la corrosion. Le cylindre reçoit en aval la tête d extrusion constituée du porte-filière et de la filière. 19

20 > OUTILLAGES Sous la dénomination «outillage d extrusion», on désigne l ensemble des pièces mécaniques spécialement conçues pour l obtention d un profilé déterminé. Cet ensemble comprend : le porte-filière ou pièce de raccordement généralement commune à plusieurs profilés, est fixé en extrémité du fourreau et canalise le flux de matière alimentant la filière ; la filière proprement dite, conçue spécialement pour chaque type de profilé ; le ou les calibreurs ou conformateurs, spécifiques également pour chaque type de profilé. Dans la pratique courante, on désigne par outillage l ensemble filière et calibreur/conformateur. Il faut savoir également que le coût réel d un outillage complet ne se limite pas à sa réalisation et à son coût direct de construction, mais nécessite de nombreuses heures d études et de mises au point délicates, ainsi qu une quantité non négligeable de matières premières. A - Filière Une filière est généralement constituée de trois zones principales : une zone d alimentation, une zone de répartition et de mise en forme, une zone de sortie et d équilibrage. Dans les deux premières zones, on évite les changements de pentes trop brutaux. L équilibrage d une filière consiste à répartir les flux de matière en sortie de filière de telle manière que la vitesse linéaire soit identique en tous points. La conception de la filière est plus complexe dans le cas de profilés présentant des épaisseurs différentes, des profilés de grande largeur, etc. Dans tous les cas, la mise au point de la filière nécessite de nombreux essais d extrusion et des retouches successives. Ces essais doivent être effectués : sur la machine prévue pour la production, avec la matière qui sera utilisée, en fonction du débit prévu. Les filières, comme la tête porte filière, sont chauffées par résistances électriques. Une régulation précise s impose, car il n y a généralement pas de dispositif de refroidissement comme sur le cylindre. Il est enfin primordial que toute les pièces métalliques aient, après usinage, un profil parfaitement aéro dynamique, que tout angle mort soit évité, que tous les plans de joints soient parfaitement ajustés. Sans ces précautions, on peut compromettre très rapidement le bon déroulement de l extrusion par stagnation de la matière, collage et dégradation thermique. B - Dispositifs de calibrage et de refroidissement A la sortie de la filière, le profilé est chaud, il se déforme sous l effet de son propre poids. Il faut donc le refroidir et le calibrer aux côtes finales. On utilise pour ce faire des calibreurs/conformateurs, qui sont des pièces métalliques usinées à la forme extérieure du profilé ; ils sont refroidis. Le profilé se fige par contact, en glissant sur les faces refroidies des calibreurs/conformateurs. Dans le cas, de profilés tubulaires, la qualité de surface du profilé est améliorée par le plaquage des parois de celui-ci sur celles du conformateur à l aide de zones de vide. La présence de circuits d eau réfrigérée et de zone de vide, réglables indépendamment, rend complexe et coûteux l usinage de ces conformateurs. 20

21 La forme générale du profilé, l épaisseur des différentes parois, la vitesse linéaire, la précision des côtes finales imposées, fixent le nombre et les dimensions des calibreurs nécessaires. D autres systèmes de calibrage, qui sont cités pour mémoire, sont également mis en œuvre en présence de certaines sections de profilés et en fonction de la nature du matériau thermoplastique : calibrage par pression interne, calibrage dans un bac à eau, calibrage dans un bac sous pulvérisation d eau et sous vide. > OPÉRATIONS COMPLÉMENTAIRES SUR LA LIGNE D EXTRUSION Le tirage a pour but d entraîner le profilé refroidi. Le débit de l extrudeuse et la vitesse de traction doivent être indexés. On utilise trois types de tireurs : à galets, à chenilles, à bandes. En fonction de la géométrie des profilés, de leur mode de calibrage et de la productivité de la ligne d extrusion, on utilise des tireurs de puissances différentes TECHNIQUES PARTICULIÈRES D'EXTRUSION > EXTRUSION MULTIPLE Dans certains cas particuliers et pour de très grandes séries, on peut produire, en utilisant des équipements spéciaux, plusieurs profilés (deux le plus souvent) simultanément sur la même extrudeuse. Les sections des profilés produits simultanément peuvent être identiques ou différentes. > COEXTRUSION MULTICOLORE OU MULTIMATIÈRES On peut produire des profilés combinant des matières, des duretés ou des coloris différents dans la mesure où ces matières sont compatibles. Pour cela, on utilise des outillages spécifiques comportant des alimentations différentes. Plusieurs extrudeuses sont nécessaires, une par matière, dureté ou coloris. > ENROBAGE Il est possible d enrober des produits à section constante en divers matériaux (métaux, bois, textiles, plastiques, etc.). > POST EXTRUSION La co-extrusion peut s effectuer en aval de l extrusion principale (exemple : lèvres souples sur menuiserie PVC). Ligne de coextrusion 21

22 5 - OPERATIONS COMPLEMENTAIRES SUR LIGNE D'EXTRUSION Certaines opérations sur les profilés peuvent être pratiquées en continu sur la ligne d extrusion. D un point de vue économique, des séries importantes sont nécessaires pour permettre ces opérations (par exemple, découpage des ajours des lames de volets roulants ou des lumières des goulottes guide-fils) DÉCORATION ET PROTECTION PLAXAGE : pose d un film décoratif thermosoudé. FILMAGE : pose d un film de protection. IMPRESSION : dépose d un film transfert. ADHÉSIVAGE : dépose d un adhésif, film, mousse, hotmelt,... PEINTURE : projection de peinture ou vernis sur le profilé. TRAÇABILITÉ : identification des profilés par jet d encre ou mollette, USINAGE PERÇAGE TARAUDAGE POINÇONNAGE PRÉ-DÉCOUPAGE FRAISAGE FINITIONS ASSEMBLAGE COUPE À LONGUEUR DE PRÉCISION EMBALLAGE - ÉTIQUETAGE Marquage à chaud Plaxage Montage d un volet roulant 22

23 6 - RELATIONS COMMERCIALES ENTRE L'UTILISATEUR ET L'EXTRUDEUR Sur la base d un cahier des charges définissant les caractéristiques du profilé à fabriquer et après accord entre l utilisateur et l extrudeur sur les différents paramètres, ce dernier assume la responsabilité de la conception et la réalisation de l outillage. Le client utilisateur doit définir avec lui, de la façon la plus précise, les données permettant de concevoir cet outillage. Une partie de ces données est précisée dans le tableau du cahier des charges situé en annexe 1 (page 26) de ce guide. Elles doivent être complétées par : le dessin côté et tolérancé du profilé (voir tableau des tolérances page 16) l utilisation prévue du profilé, avec l indication chiffrée des contraintes physiques, chimiques et-ou autres, la matière choisie et ses caractéristiques, en précisant également les coloris, l unité prévisionnelle de commandes, les cadences de commandes, si possible, le métrage global escompté, le délai souhaité par le client pour la réalisation et la fourniture de l échantillon pour acceptation. Muni de ces renseignements, l extrudeur sera en mesure de concevoir, de dessiner et de réaliser l outillage permettant de fabriquer dans les conditions spécifiées les profilés demandés par le client. Après exécution mécanique de cet outillage, il est nécessaire de le mettre au point et, pour ce faire, d effectuer plusieurs retouches entraînant des immobilisations importantes de la ligne d extrusion prévue pour la fabrication de ce profilé. Il apparaît nécessaire d attirer l attention de l utilisateur sur le fait, qu il est dans la plupart des cas difficile, après l exécution de l outillage, de procéder à des modifications de forme ou de dimensions du profilé sans remettre éventuellement en cause sa pérennité MÉTHODES DE CONSTRUCTION DE L'OUTILLAGE L outillage se compose généralement : de la filière d extrusion, du ou des systèmes de conformation. LA FILIERE Une filière est généralement usinée dans des aciers spéciaux par les méthodes traditionnelles de la mécanique. Il est nécessaire de faire appel aux aciers spéciaux souvent de très haute qualité, les outillages étant soumis, en service, à des conditions particulièrement sévères telles que : température de 200 à 300 C, action abrasive et corrosive de certaines matières à extruder, contraintes mécaniques importantes. L acier idéal doit présenter les propriétés suivantes : usinabilité raisonnable, bonne dureté superficielle, contrainte de la rupture à la traction, après traitement thermique, de 1100 à 1800 MPa (hecto-bar, kgf/mm²), associée à une bonne résistance au choc, facilité de traitement thermique, possibilité d acquérir l état de surface recherché. 23

24 Ces qualités ne peuvent se rencontrer que dans certains aciers spéciaux. Il est préférable de les employer, malgré leur coût plus élevé, plutôt que des aciers ordinaires. Certains thermoplastiques, tels que ceux à base de polychlorure de vinyle, de composés fluorés de l éthylène, corrodent les aciers couramment utilisés ; pour leur mise en œuvre, seuls les aciers inoxydables (à haute teneur en chrome par exemple) ou alliage (X-alloy, Hastelloy...) peuvent convenir. Dans l autre cas, il peut être préférable de «chromer dur» la totalité ou certaines parties des filières en contact avec la matière ou de leur faire subir tout autre traitement de surface approprié. LES DISPOSITIFS DE CONFORMATION ET DE CALIBRAGE Les dispositifs de conformation et de calibrage, présentés dans le chapitre 3, sont d une grande importance pour l obtention des formes, des côtes, et pour la régularité des profilés produits en fonction de la nature de la matière et de la configuration de la section de profilés. Dans beaucoup de cas, le coût de ces dispositifs est bien supérieur à celui de la filière d extrusion. Selon les techniques de conformation et de calibrage mises en œuvre, la construction des outillages s y rapportant nécessite l utilisation : d aciers alliés inoxydables, d alliages de laiton, d alliages d aluminium, de bronze, etc... Les parties ouvrantes font l objet d un traitement de surface adapté COÛT DE CONSTRUCTION DE L'OUTILLAGE Un outillage d extrusion est toujours spécifique à un profil et comprend obligatoirement une filière. D autre part, suivant la matière extrudée, il comporte souvent un système de conformation. L importance et le coût de ces outillages dépendent de la complexité du profilé, de la précision des tolérances et de l état de surface recherché. Outre ces aspects, les outillages d extrusion ont une durée de vie en relation directe avec leur coût, par la qualité des matériaux employés, des traitements de surface retenus, etc. En conséquence, des écarts de prix très importants peuvent être constatés en fonction des critères retenus. La répercussion de ces coûts est généralement limitée pour le client au coût direct de la construction des filières et conformateurs et souvent facturée sous forme de participation. Si le client souhaite avoir l entière propriété de son outillage, il doit prévoir un surcoût d environ 30 %. L extrudeur prend alors à sa charge l étude et la mise au point des outillages, ces deux valeurs étant amorties sur les prix des pièces à partir de la quantité globale annoncée et en fonction de laquelle il a conçu les outillages. Ainsi, si ces quantités, pour une raison quelconque, ne pouvaient être atteintes, l extrudeur serait donc fondé à réclamer un complément de participation à son client. Pour toutes ces raisons, l outillage d extrusion reste dans les ateliers de l extrudeur, mais est exclusivement réservé à l éxécution des commandes du client qui l a payé en participation ou en totalité sauf autorisation écrite de sa part. 24

25 7 - NORMALISATION REGLEMENTATION > MARQUES DE QUALITÉ NATIONALES SUR LES PROFILÉS PLASTIQUES Les marques certifient la conformité à la norme NF. La norme définit les critères permettant de juger de l'aptitude à la fonction d'un produit et garantit à l'utilisation, une sécurité maximale et un service rendu optimal. Marque NF "conduits et profilés électriques" Marque NF "profilés en PVC usages extérieurs" Marque NF "profilés de fenêtres en PVC extrudé" Marque NF - fermetures Marque NF - CSTBat - Menuiserie en PVC Marque NF - bloc baie > AVIS TECHNIQUES Des cahiers des charges existent sur les profilés dans le cadre des avis techniques délivrés par le CSTB. Ils concernent les bardages, les vetures, les profilés en PVC pour les systèmes d'isolation par l'extérieur. > NORMALISATION EUROPÉENNE CENT/TC 249 "Plastiques - semi-produits" : > profilés en PVC pour le bâtiment (usages extérieurs et intérieurs) > profilés pour usinage > plaques CEN/TC 33 "Portes, fenêtres, fermetures, quincaillerie de bâtiment et façades rideaux" : > profilés en PVC pour fenêtres, > profilés d'étanchéïté en matériaux thermoplastiques CENELEC TC 213 "Systèmes de câblages" : > profilés pour canalisations électriques > CERTIFICATION DES ENTREPRISES Certifications ISO 9000, BIBLIOGRAPHIE Plaquette "Profilés" Plaquette "Compounds" Guide technique "Profilés d'étanchéïté de vitrage et entre ouvrant et dormant en matériaux thermoplastiques utilisés dans la fermeture de bâtiments" Manuel d'information : "Notions pratiques sur l'extrusion des thermoplastiques" Modules de formation : s'adresser au SNEP 25

26 annexe 1 CAHIER DES CHARGES 26

27 11, bis rue de Milan Paris Tél. : 33 (0) Fax : 33 (0) Web : E.mail : contact@snep.org CONCEPTION - REALISATION EQUAMEDIA TECHNOLOGIES SA