Applications
La production de fibres synthétiques représente une part importante – environ 15 % de la production mondiale de polymères – avec des applications allant du textile aux fils techniques.
Dans le filage par fusion, plus communément appelé «fiber meltspinning », le polymère est fondu, dosé et transformé en filaments continus. Dans cette application, le contrôle précis de la pression et de la température est un facteur critique : des variations minimes influencent la viscosité de la matière fondue, la stabilité du processus et la qualité finale de la fibre.
Besoins:
Thermorégulation
En savoir plus
Mesure de la température de fusion
En savoir plus
Contrôle du débit avec une pompe à fusion
En savoir plus
Contrôle de la pression dans la filière
En savoir plus
Tension de l'enrouleur
En savoir plus
Besoin:
Thermorégulation
Un comportement rhéologique stable et la constance dimensionnelle de l’extrudat qui en résulte sont obtenus grâce à une thermorégulation correcte.
Il est essentiel de garantir la stabilité thermique dans ces zones afin que le système puisse réagir rapidement aux variations de charge thermique ou de processus, évitant ainsi d’éventuels défauts (instabilité superficielle, variations d’épaisseur ou altérations de la qualité optique du produit).
Solution:
La technologie Gefran pour le contrôle thermique des extrudeuses repose sur des relais statiques, des régulateurs et des PID s et des thermocouples:
- Chaque résistance est gérée en boucle fermée par un régulateur PID, intégré dans le PLC ou confié à des régulateurs dédiés tels que le 1850, qui permet de maintenir la température de la masse fondue à ±0,5 °C du point de consigne, garantissant une viscosité constante et l’absence de défauts superficiels ou dimensionnels.
- Le relais statique GRP-H, compact et doté d’un dissipateur intégré, assure un contrôle précis du courant jusqu’à 120 A. La communication IO-Link permet également de réduire le nombre de cartes E/S, grâce à la gestion intégrée des commandes, des alarmes et du courant absorbé
La solution est évolutive et compatible avec les PID intégrés dans les API ou sur des modules distants. Les fonctions de mémorisation des recettes et d’historisation des tendances permettent des changements de production rapides et une amélioration continue de la qualité.
Besoin:
Mesure de la température de fusion
La température réelle du polymère fondu est un paramètre critique dans le processus d’extrusion, car elle influence directement la viscosité du polymère et ses caractéristiques finales, tant mécaniques qu’optiques.
Mesurer la température en contact direct avec la matière fondue, plutôt que de se limiter à la surface du cylindre, permet d’obtenir une représentation plus fidèle des conditions réelles du matériau, ce qui offre un avantage significatif en termes de contrôle rhéologique.
Industrie des matières plastiques
En MgO - Industrie des matières plastiques
Solution:
Gefran propose les capteurs de fusion TCM et TRM spécialement 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 thermocouples de type K (NiCr-NiAl) sont les plus couramment utilisés pour l’extrusion : ils fonctionnent jusqu’à 850 °C, offrent une réponse rapide et conviennent à la plupart des polymères techniques ;
- Type J (Fe-CuNi) : ils sont indiqués pour des températures légèrement inférieures (jusqu’à 400 °C) et pour des environnements moins agressifs.
Les capteurs TCM/TRM peuvent être installés indépendamment ou intégrés en combinaison avec les capteurs de pression de fusion, dans une configuration compacte, afin de réduire l’encombrement et de simplifier le câblage.
Besoin:
Contrôle du débit avec une pompe à fusion
Dans la production de fibres, il est essentiel d’avoir un débit constant de la masse fondue à la filière, indépendamment des variations de pression dans la vis.
La pompe à fusion agit comme un élément de stabilisation entre l’extrudeuse et la tête. La pompe est régulée par une commande en boucle fermée, basée sur les lectures de pression en amont et en aval.
Solution:
Gefran utilise des capteurs de fusion à remplissage de mercure série ME de haute précision et à raccord à bride pour réguler la vitesse de la pompe et maintenir une pression stable et un débit constant du polymère fondu. Les capteurs de pression de fusion sont idéaux pour les environnements critiques tels que les installations de filature de fibres synthétiques :
- Stabilité thermique même à des températures supérieures à 400 °C ;
- Grande précision de mesure pour des contrôles dynamiques et des réglages de haute précision ;
- Certification Atex et protocole HART disponibles dans la configuration.
Besoin:
Contrôle de la pression dans la filière
Dans la section de filature, les dimensions compactes des têtes et la présence de micro-filaments rendent le processus particulièrement sensible.
Il est nécessaire de contrôler avec précision la pression à l’entrée et à la sortie de la pompe de filature afin de garantir l’uniformité du filament et d’éviter les ruptures. L’installation nécessite des capteurs peu encombrants et très performants.
Solution:
Les capteurs de fusion à remplissage de mercure de la série ME, avec raccordement au processus M10 et membrane compacte, sont conçus pour être installés dans les têtes de filage, où l’espace est limité et les températures dépassent 300 °C. De plus, la compatibilité avec le protocole HART et la certification Atex rendent le produit adaptable à différentes configurations d’installation.
Caractéristiques principales :
- Conception compacte pour les installations critiques
- Grande stabilité métrologique
- Option avec capteur de température intégré
Grâce à cette intégration, les capteurs ME garantissent le contrôle précis requis dans les applications de filature de haute qualité.
Besoin:
Tension de l'enrouleur
Dans la phase finale du filage, les filaments solidifiés sont enroulés sur des rouleaux à l’aide de systèmes d’enroulement qui doivent fonctionner à une vitesse contrôlée et synchronisée avec le processus en amont. Une tension incorrecte peut entraîner des variations dimensionnelles du fil, une instabilité de l’enroulement ou des ruptures.
La surveillance continue de la tension permet de maintenir le bon équilibre entre la vitesse de traction et la résistance mécanique du filament, garantissant l’uniformité du produit et la stabilité du processus, même à des vitesses de fonctionnement élevées.
Solution:
Un ou plusieurs capteurs de force TR installés sur les enrouleurs permettent la mesure directe et continue de la force de traction du filament, fournissant une référence fiable pour le contrôle de la tension.
Caractéristiques principales :
- Double fonction : mesure précise de la force de tension et support mécanique des pièces rotatives ;
- Signal et communication : les signaux analogiques de force sont traités par des amplificateurs dédiés, avec une sortie stable, linéarisée et filtrée, prête à être intégrée dans le système de contrôle ;
- Contrôle dynamique : le système permet un réglage rapide de la tension via les entraînements moteurs, tout en maintenant des conditions d’enroulement constantes.
Grâce à cette configuration, les solutions Gefran permettent un contrôle précis et fiable de la tension d’enroulement, réduisant les défauts de processus et garantissant la qualité du filament fini.
Le principe de fonctionnement
Dans le processus de filage par fusion, le polymère (généralement du PET, du nylon ou du polypropylène) est dosé et mélangé, puis alimenté dans l’extrudeuse où la fusion et l’homogénéisation du matériau plastique ont lieu . Une pompe de dosage garantit un débit constant de la masse fondue vers le système de filtration, éliminant les impuretés qui pourraient compromettrel’intégrité des filaments.
Le matériau fondu est ensuite acheminé vers les têtes de filage, où il traverse la filière (spinneret) composée de milliers de micro-trous qui définissent le nombre, le diamètre et la section des filaments.
À la sortie de la chaîne de production, les filaments sont rapidement refroidis (quenching) afin de solidifier la structure polymère et de fixer leur orientation moléculaire. Enfin, ils sont enroulés sur une bobine, ce qui achève le cycle de production.
Exigences et technologie
Le filage par fusion de fibres est un processus extrêmement sensible aux variations de pression et de température. Des écarts de quelques bars ou de quelques degrés peuvent altérer la viscosité du polymère, générant une instabilité du flux, des défauts dans le filament ou des interruptions de production.
Les capteurs de pression et de température de Melt sont donc indispensables pour contrôler le polymère à la sortie de l’extrudeuse, dans la pompe de Melt et dans la phase finale de filage.
Les dimensions compactes des têtes de filage, les températures de fonctionnement élevées et la nécessité de mesures répétables exigent des capteurs fiables, avec une dérive thermique réduite et un encombrement mécanique limité.
Gefran répond à ces exigences en proposant des solutions de mesure spécifiques pour le contrôle de la pression et de la température, même dans les conditions les plus critiques.