Applications
L’extrudeuse est une machine industrielle employée dans la transformation continue des matériaux thermoplastiques, les convertissant d’un état solide à un état fondu en générant un flux homogène de matière plastifiée.
Le processus d’extrusion est présent à plusieurs étapes de la vie utile du plastique et du caoutchouc : de la polymérisation, au mélange pour créer des granulés aux caractéristiques spécifiques, jusqu’à la modélisation du produit final.
Besoins:
Enhancing Production Data
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Contrôle du processus d'extrusion
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Thermorégulation
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Mesure de la température de matière fondue
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Contrôle du débit avec pompe de matière fondue
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Détection de filtre encrassé
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Besoin:
Enhancing Production Data
Dans l’industrie moderne, les entreprises recherchent des outils capables de maximiser la valeur des données générées par leurs installations afin d’améliorer leurs performances globales. Il est donc essentiel de surveiller le fonctionnement des machines en temps réel, de prévenir les pannes grâce à l’analyse prédictive et d’optimiser la consommation d’énergie. Parallèlement, il existe un besoin croissant d’accompagner les opérateurs et les responsables en leur fournissant des informations contextuelles et des réponses intelligentes qui facilitent la prise de décision au quotidien. L’objectif est de bâtir une industrie de plus en plus connectée, réactive et durable.
Solution:
Besoin:
Contrôle du processus d'extrusion
Le processus d’extrusion nécessite un équilibre continu entre des variables interdépendantes : vitesse de rotation de la vis, température de plusieurs zones, pression du polymère fondu et synchronisation avec les actionneurs auxiliaires. Le système de contrôle doit être en mesure de gérer des recettes complexes, de s’adapter à des changements rapides de matériaux, d’offrir des diagnostics intégrés et de fournir une réponse rapide en cas d’écarts.
Panneau de navigation multitouch
Contrôleur d'automatisation modulaire
Solution:
G-Mation est la plate-forme de contrôle complet, synchrone et intégré du processus d’extrusion. Le cœur du système est le processeur G-Mation P6, associé à des modules distants G3 avec communication par bus EtherCAT. Le contrôle thermique est confié à des régulateurs PID intégrés, tout comme la gestion des entraînements, qui ne nécessite pas l’utilisation de passerelles externes. L’interface utilisateur est gérée via un serveur Web intégré et affichée via les panneaux du navigateur G-Mation W55, qui permettent la projection de tableaux de bord personnalisables.
Principales caractéristiques de la Plate-forme :
- Modèles d’applications préconfigurés et personnalisables
- Technologie Docker pour l’installation d’applications telles que les tableaux de bord IoT, la maintenance prédictive ou l’intégration à des systèmes MES et ERP
- Architecture ouverte et prévue pour l’informatique en périphérie de réseau.
Besoin:
Thermorégulation
Un comportement rhéologique stable et par conséquent l’obtention d’une constance dimensionnelle de l’extruder à travers une thermorégulation correcte. Il est essentiel d’assurer la stabilité thermique de ces zones afin que le système puisse répondre rapidement aux variations de charge thermique ou de processus, en évitant les défauts potentiels (instabilités de surface, variations d’épaisseur ou altérations de la qualité visuelle du produit).
La technologie Gefran pour le contrôle thermique des extrudeuses est basée sur des relais statiques, des régulateurs PID et des thermocouples :
- Chaque résistance est gérée en boucle fermée via une régulation PID, intégrée dans l’automate ou confiée à des contrôleurs dédiés comme le Régulateur 1850, qui permet de maintenir la température de la matière fondue à ±0,5 °C de la valeur de consigne, garantissant une viscosité constante et l’absence de défauts de surface ou dimensionnels
- Le relais statique GRP-H, compact et doté d’un dissipateur thermique intégré, assure un contrôle précis du courant jusqu’à 120 A. La communication IO-Link permet également une réduction des cartes E/S, grâce à la gestion intégrée de commandes, alarmes et consommation de courant
La solution est évolutive et compatible avec les PID intégrés dans les automates ou sur des modules distants. Les fonctions de mémorisation des recettes et d’historique des tendances prennent en charge les changements de production rapides et l’amélioration continue de la qualité.
Besoin:
Mesure de la température de matière fondue
La température réelle du polymère fondu est un paramètre critique du processus d’extrusion, car elle affecte directement la viscosité du polymère et ses caractéristiques finales, à la fois mécaniques et visuels. La mesure de la température en contact direct avec la masse fondue, plutôt que de la limiter à la surface du cylindre, permet une représentation plus fidèle des conditions réelles du matériau, offrant un avantage significatif en termes de contrôle rhéologique.
Industrie des matières plastiques
En MgO - Industrie des matières plastiques
Gefran propose des capteurs de température spécifiquement conçus avec une gaine de protection en acier inoxydable ou d’autres matériaux compatibles avec le type de polymère (par exemple Hastelloy pour les polymères corrosifs) pour la mesure directe de la masse fondue, avec deux technologies de thermocouple :
- Les types K (NiCr-NiAl) sont les plus populaires pour l’extrusion : ils fonctionnent jusqu’à 850 °C, offrent une réponse rapide et conviennent à la plupart des polymères techniques.
- Les types J (Fe-CuNi) conviennent à des températures légèrement plus basses (jusqu’à 400 °C) et à des environnements moins agressifs.
Les capteurs TCM/TRM peuvent être installés de façon indépendante ou intégrés en combinaison avec des capteurs de pression de la matière fondue, dans une configuration compacte, pour réduire l’espace et simplifier le câblage.
Besoin:
Contrôle du débit avec pompe de matière fondue
Dans certaines applications spécifiques telles que les tubes, les profilés de précision ou les tôles, il est nécessaire d’assurer un débit constant de la matière fondue, quelles que soient les variations de pression dans la vis. La pompe à matière fondue agit comme un élément stabilisateur entre l’extrudeuse et la tête. La pompe est régulée via un contrôle en boucle fermée, basé sur des relevés de pression en amont et en aval. Cela permet également un découplage dynamique entre la vis et la sortie finale.
Solution:
Gefran utilise deux capteurs MELT de haute précision (en amont et en aval de la pompe) pour réguler la vitesse de la pompe et maintenir une pression stable et un débit constant du polymère fondu. Les capteurs de pression Melt de la série Impact sont parfaits pour les environnements critiques et l’intégration dans des logiques de sécurité :
- Conçu avec une membrane renforcée, un élément de détection piézorésistif et aucun fluide de transmission.
- Stabilité thermique inférieure à 1 % PE (pleine échelle) entre 20 et 350 °C, également parfaite pour les polymères régénérés ou abrasifs.
- La certification PLc et la sortie électrique améliorent la sécurité et la fiabilité, tandis que l’absence de fluide interne rend le capteur également adapté aux applications médicales et alimentaires.
Option possible d’écrou tournant (pour une simplicité de montage sur la Machine) et/ou élément sensible débrochable (pour faciliter la Maintenance et le remplacement de toute la sonde complète = Economique).
Besoin:
Détection de filtre encrassé
Le filtre protège la matrice des impuretés présentes dans le polymère fondu et les empêche de rester dans le produit. Le filtre a donc tendance à se colmater progressivement, notamment lors des processus de recyclage. Le colmatage augmente la pression en amont et peut compromettre la qualité du produit ou endommager la ligne. La mesure continue de la pression avant et après le filtre permet de calculer le différentiel de pression et d’activer des alarmes afin de guider l’opérateur vers une intervention manuelle ou de déclencher des systèmes de changement automatique de filtre.
Gefran propose le capteur Impact pour une surveillance précise et fiable de la pression en amont et en aval du filtre, idéal pour les températures élevées (jusqu’à 350 °C) et les environnements difficiles tels que le recyclage et le traitement des polymères chargés.
Principales caractéristiques :
- Membrane jusqu’à 15 fois plus épaisse que les capteurs traditionnels, sans fluide de transmission interne, qui transfère directement la pression à la membrane de détection en silicium.
- Haute résistance à l’usure et aux chocs dynamiques, stabilité thermique inférieure à 1 % PE de 20 °C à 350 °C.
- Version IE Plc avec sortie électrique et certification PLc, pour intégration à des systèmes de contrôle de sécurité et configuration d’alarmes certifiées.
- Option possible d’écrou tournant (pour une simplicité de montage sur la Machine) et/ou élément sensible débrochable (pour faciliter la Maintenance et le remplacement de toute la sonde complète = Economique).
Le principe de fonctionnement
La matière plastique est introduite par une trémie qui dose la matière première.
Un cylindre (ou « tonneau ») situé à l’intérieur de l’extrudeuse contient une vis (ou plusieurs vis, dans le cas des extrudeuses à double vis) qui tourne et remplit trois fonctions fondamentales : le transport du matériau, la fusion par l’effet combiné du frottement et de la chaleur et l’homogénéisation de la matière fondue.
La vis est divisée en zones fonctionnelles (alimentation, compression, dosage), chacune avec des géométries optimisées pour moduler la pression, la température et la viscosité du matériau pendant le processus.
La chaleur nécessaire à la fusion est fournie à la fois par des résistances électriques à l’extérieur du cylindre et par l’énergie mécanique générée par la contrainte de cisaillement à l’intérieur de la masse.
Le processus se déroule selon des recettes spécifiques, c’est-à-dire des séquences prédéfinies de matériaux et de paramètres de traitement, adaptées aux caractéristiques requises par le produit final.
Enfin, le matériau plastifié est poussé vers l’extrémité du cylindre, où il passe à travers une tête d’extrusion dotée d’une matrice profilée donnant au flux de plastique la forme souhaitée (voir Extrudeuse à tête plate et Extrudeuse de film soufflé).
Exigences et technologie
Le processus d’extrusion nécessite un contrôle centralisé et synchronisé de variables interdépendantes telles que la vitesse de la vis, la température et la pression de la matière fondue pour garantir stabilité du processus, qualité rhéologique du produit et efficacité opérationnelle. Il est essentiel de maintenir une thermorégulation précise sur chaque zone de chauffe pour assurer la bonne viscosité et réduire les défauts de surface ou de dimension. La mesure précise de la température de la matière fondue, à l’aide de sondes à immersion directe, est essentielle pour obtenir une représentation fidèle des conditions du matériau. De plus, le contrôle du débit via la pompe de matière fondue et la détection précoce des filtres sales permettent de stabiliser le processus et de prévenir les anomalies.
D’autres facteurs critiques dans le contrôle des processus comprennent :
- Intégration de logiques de sécurité certifiées
- Résistance des composants aux matériaux chargés ou recyclés
- Surveillance continue des propriétés rhéologiques avec des rhéomètres
Gefran propose une gamme complète de plates-formes de contrôle, de capteurs de pression et de température Melt ainsi que des solutions modulaires qui peuvent être facilement intégrées à n’importe quelle installation pour garantir efficacité, sécurité et qualité constante du processus d’extrusion.
