EXTRUSION - Victrex

EXTRUSION
Guide
Dans le contexte actuel de forte
compétitivité, un fournisseur de polymères
techniques se doit de fournir plus que de
simples matériaux. Pour optimiser l’utilisation
des polymères à hautes performances il
est indispensable qu’il contribue dès la
conception des pièces à la sélection du
matériau et à la mise au point du procédé de
fabrication idéal. C’est la clé de la réussite
d’un projet et le garant d’une efficacité et de
Sommaire
performances maximales aux meilleurs coûts.
Introduction2
Une fois passé le stade de la conception et
de la sélection du matériau, l’optimisation
Préparation pour la mise en œuvre
2
Stockage
2
du procédé de fabrication devient cruciale
Séchage
2
pour atteindre les exigences de qualité et de
Viscosité
2
Coloration
3
fiabilité du produit.
Equipement3
Conception générale 3
Matériaux de construction 3
Choix de la vis et du fourreau 4
Capacité du fourreau et temps de séjour 4
Température du fourreau 4
Filtres et grilles de contre-pression 5
Buse, tête et filière
5
Purge et arrêt 5
Revêtement de fils et de câbles
Conception de la filière et de la tête d’équerre
Equipement en aval Cristallinité
6
6
7
7
Fabrication de films et plaques
Conception de la filière Cristallinité des plaques et films minces
8
8
8
Mono-filament9
Avec plus de 30 ans d’expérience, Victrex Polymer Solutions
dispose d’atouts uniques pour aider ses clients à tirer le
maximum des polymères polyaryléthercétone (PAEK). Nous
proposons une large gamme de produits VICTREX® PEEK
aux performances exceptionnelles sur une large plage de
températures et de conditions extrêmes. Chacun pouvant être
facilement transformé sur des équipements classiques.
Nous offrons à nos clients un savoir-faire technique
sans égal, du support à la conception et la sélection des
matériaux jusqu’à l’assistance pour la mise en œuvre des
polyaryléthercétones. C’est dans cet esprit que nous avons
décidé de créer ce guide de transformation afin de vous aider
à optimiser vos équipements et paramètres d’extrusion. De
plus, nos équipes techniques présentent dans le monde entier
se tiennent à votre disposition pour vous assister dans les
phases de prototypage, conception et simulation, et de mise
au point.
Nos centres techniques disposent d’équipements de
transformation pour des essais sur toute la gamme de
produits VICTREX PEEK, des formations sur la mise en
œuvre, des analyses et caractérisations approfondies. Nous
sommes aussi en mesure de générer des données pour
des programmes d’application spécifique qui contribuent
à alimenter notre base de données. Nous nous impliquons
également dans un grand nombre de projets de recherche, en
partenariat avec des institutions universitaires, afin d’accroître
nos connaissances et parvenir à développer avec nos clients de
nouvelles solutions toujours plus créatives.
Le polymère VICTREX PEEK, comme
ses variantes hautes températures
VICTREX® HT™ et VICTREX® ST™,
est considéré comme l’un des
thermoplastiques les plus performant
du monde. Ces polymères
sont disponibles sous forme de
granulés, de poudres fines, ou
de compounds contenant divers
additifs et renforts fonctionnels. Ils
sont utilisés pour la conception et
la fabrication d’applications hautes
performances pouvant remplacer le
métal et d’autres matériaux pour de
meilleures performances, une plus
grande liberté de conception et une
réduction de coût des systèmes.
Le film Victrex APTIV® rassemble
toutes les propriétés du polymère
VICTREX PEEK dans un format fin et
flexible. L’étendue de ses propriétés
qui comprennent l’aptitude au
thermoformage et d’excellentes
performances acoustiques en fait le
plus performant et le plus polyvalent
des films thermoplastiques du
marché. Les films APTIV rendent
possible l’utilisation de technologies
qui facilitent la réduction des coûts
et l’amélioration des performances
tout en procurant une grande liberté
de conception et une mise en œuvre
simplifiée.
Performance à hautes températures
Résistance exceptionnelle aux hautes températures avec une
température d’utilisation continue de 260ºC offrant une
meilleure durée de vie et fiabilité ainsi qu’une augmentation
des coefficients de sécurité dans les environnements difficiles.
Résistance mécanique
Excellentes propriétés de ténacité, de rigidité, de fluage à long
terme et de résistance à la fatigue permettant la conception
de pièces légères, résistantes et durables.
Résistance à l’usure
Dans des environnements abrasifs secs ou humides, le faible
coefficient de friction ainsi que l’excellente résistance à l’usure
contribuent à la durabilité et à l’intégrité de la pièce.
Résistance chimique
Résistance à la corrosion même à des températures élevées
avec la capacité à résister à une large gamme d’acides, bases,
hydrocarbures et solvants organiques.
Résistance à l’hydrolyse
Aucun phénomène d’hydrolyse dans l’eau, la vapeur ou l’eau
de mer, même à des températures élevées grâce à une faible
absorption de l’humidité et une perméabilité réduite.
Performance électrique
Conservation des propriétés électriques sur une large plage
de fréquence et de température répondant aux exigences des
industries électronique et électrique.
Les revêtements VICOTE® constituent
une gamme spécifique de poudres
et dispersions liquides respectueuse
de l’environnement et formulée à
partir des polymères VICTREX PEEK.
Ces poudres fines et dispersions
aqueuses offrent des performances
exceptionnelles à haute température,
une excellente résistance à l’abrasion
et à la rayure, ainsi qu’une grande
robustesse et durabilité. Comparés aux
revêtements traditionnels, ils peuvent
permettre d’améliorer les performances
et allonger la durée de vie des produits
réduisant ainsi les coûts des systèmes
ou de leur maintenance.
VICTREX Pipes™ est une gamme de tubes
à parois minces, résistants et légers
extrudés à partir de polymère VICTREX
PEEK. Les tubes VICTREX Pipes disposent
d’une très bonne résistance chimique et
à la corrosion, une faible perméabilité,
une grande résistance à l’abrasion et
aux chocs. Grâce à leurs performances à
haute température et une combinaison
unique de propriétés, ils proposent une
excellente alternative aux métaux et
autres tubes en polymères traditionnels.
Faibles émissions de fumées et de gaz toxiques
Naturellement auto-extinguible, sans utilisation d’additifs.
Faible toxicité des gaz de combustion.
Pureté
Taux de dégazage et de substances extractibles
exceptionnellement bas.
Respect de l’environnement
Entièrement recyclable, sans halogènes, conformes aux
Directives RoHS et REACH.
Qualité et sécurité d’approvisionnement
L’intégralité de nos productions est conforme à la norme
ISO 9001:2008 ainsi qu’à la législation de l’Union Européenne
en matière de sécurité et environnement. Notre souci extrême
du détail – nous assurons plus de 50 tests sur chaque lot de
polymère – garanti à nos clients des produits d’une grande
qualité et reproductibilité.
Unique fournisseur mondial de polymère polycétone
verticalement intégré, nous avons une maitrise complète de
nos matières premières – clé essentielle de la qualité et la
stabilité du polymère.
Notre politique d’investissement et d’anticipation en ce qui
concerne nos capacités de production assure à nos clients
une sécurité d’approvisionnement inégalée. Nos deux usines
indépendantes sont capables de produire jusqu’à 4250 tonnes
par an. Nous sommes également en mesure d’assurer des
livraisons rapides – sous 7 jours en moyenne – partout dans
le monde grâce à un système logistique centralisé et des
entrepôts de distribution locaux.
1
INTRODUCTION
Toutes les règles générales d’extrusion applicables aux
polymères semi-cristallins s’appliquent également aux grades
d’extrusion Victrex. Les points de fusion plus élevés des
polymères Victrex exigent une vigilance particulière dans des
domaines suivants :
Température :
L’équipement de transformation doit être prévu pour pouvoir
fonctionner jusqu’à 450°C. Le cylindre doit pouvoir monter
jusqu’à 400°C pour la transformation du PEEK ; et jusqu’à
430°C pour les grades HT et ST.
Refroidissement :
La vitesse de refroidissement doit être contrôlée
immédiatement en sortie de filière, et pendant que la
température est encore supérieure à la transition vitreuse Tg,
afin d’obtenir une cristallinité optimale du produit (ex : en
utilisant un refroidissement par air).
Le refroidissement dans l’eau ne sera utilisé qu’une fois la
cristallisation effectuée.
Reprise d’humidité :
Bien que non hygroscopique, les polymères Victrex doivent
être séchés avant extrusion.
Propreté :
Toute pollution avec d’autres matériaux doit être évitée.
Des outils spécifiques, bacs de séchage, etc. sont fortement
recommandés.
Procédures de démarrage :
Pour une transformation sans points noirs, il est d’usage de
décaper et de nettoyer l’ensemble vis/fourreau et la filière
avant chaque utilisation.
Les points soulevés dans ce résumé sont détaillés dans les
sections suivantes.
PRÉPARATION POUR LA MISE
EN ŒUVRE
STOCKAGE
Les matériaux Victrex sont livrés dans un sac fermé en
polyéthylène placé à l’intérieur d’une boîte en carton très
résistante. Il est fortement recommandé de conserver les
matériaux dans leur emballage d’origine durant le transport
et le stockage. Lors de leur utilisation, les boîtes doivent être
ouvertes dans un environnement propre et entretenu afin de
prévenir toute pollution. Tout matériau non utilisé doit être
immédiatement remis dans un sac fermé et conservé dans des
conditions standards (entre 15°C et 25°C, dans un endroit sec
et à l’abri du soleil), il pourra être stocké plus de dix ans.
SÉCHAGE
Bien que les matériaux Victrex soient livrés initialement
secs, les granulés peuvent absorber jusqu’à 0,5% de
l’humidité atmosphérique. Il est donc primordial de les sécher
jusqu’à atteindre un niveau d’humidité inférieur à 0,02%
avant transformation, sachant qu’aux températures de
transformation du polyaryléthercétone des traces d’humidité
pourraient créer des vapeurs à haute pression et générer des
bulles dans la matière fondue.
Il est possible de sécher les granulés dans un four à circulation
d’air pendant 3 heures à 150°C ou pendant une nuit à 120°C.
Pour les grandes quantités lors notamment de production de
série, il sera préférable d’utiliser un dessiccateur avec un point
de rosée de -40°C.
VISCOSITÉ
La Figure 1 montre une comparaison des viscosités de fusion
à un taux de cisaillement de 1000 s-1 pour une gamme de
polymères haute performance. Bien que les polymères PEEK,
HT et ST aient une température de transformation parmi les
plus élevées, leur viscosité de fusion est dans la moyenne de
celles des polyamides (PA) et polycarbonates (PC).
Viscosité [1000 s -1 ] / Pa.s
Figure 1 : Viscosités de fusion à un taux de cisaillement
de 1000 s-1 pour une gamme de thermoplastiques à leurs
températures de transformation respectives.
600
500
400
300
200
100
0
)
˚C
80
66
PA
2
(2
6T
PA
)
˚C
20
(3
PC
)
˚C
40
(3
S
PE
C)
0˚
9
(3
P
LC
0
(3
C)
0˚
0G
15
)
˚C
80
(3
1G
38
)
˚C
80
(3
0G
45
C)
0˚
8
(3
0G
65
)
˚C
00
(4
T
H
22
G
C)
0˚
0
(4
ST
45
G
C)
0˚
1
(4
COLORATION
Les polymères PEEK, HT, ST naturels et renforcés avec des
fibres de verre sont disponibles en naturel (teinte beige)
ou en noir. Les autres compounds tiennent leur couleur de
leurs matériaux de constitution, par exemple, les matériaux
renforcés en fibres de carbone seront noirs.
Il est possible d’obtenir des produits d’autres couleurs en
ajoutant un mélange maître aux grades de PEEK, HT ou ST
naturels ou en utilisant des produits déjà colorés dans la
masse auprès d’un partenaire Victrex.
Veuillez contacter votre représentant Victrex local pour plus
d’informations.
ÉQUIPEMENT
CONCEPTION GÉNÉRALE
Les polymères et compounds à base de PEEK, HT et ST
peuvent être extrudés avec les technologies de transformation
conventionnelles. Les seules conditions spécifiques exigées
sont les suivantes :
Les extrudeuses doivent pouvoir atteindre 400°C pour le PEEK
ou 430°C pour les grades HT et ST.
Le dégazage de l’extrudeuse n’est pas nécessaire. Il est
possible d’utiliser des pompes à vide, mais il convient
alors d’être vigilant et d’éviter qu’aucune zone de “points
morts” (c’est-à-dire des espaces entre les brides, raccords ou
obturateurs mal calibrés) ne soit introduit dans le système,
ce qui pourrait causer la formation de gels et de points noirs.
Une vis bien conçue avec une pression stable doit suffire pour
la plupart des procédés d’extrusion.
Le but étant d’atteindre un fondu homogène avec à un débit
constant à la température voulue, il est recommandé de
pouvoir surveiller la température de fusion et la pression pour
garantir un contrôle optimal du process.
Le temps de séjour du polymère dans l’équipement de
transformation joue un rôle sur la qualité finale du produit.
La stabilité thermique du PEEK est exceptionnelle ; bien
qu’avec des points de fusion cristalline beaucoup plus élevés,
les grades HT et ST peuvent également être considérés
comme stables. Il est toutefois possible qu’une dégradation
survienne lors de la transformation des matériaux quand les
temps de séjour sont trop longs et/ou que les températures
du fourreau sont élevées. Par conséquent, la capacité et le
débit de l’extrudeuse doivent correspondre afin de minimiser
les risques de formation de gels et de points noirs dans le
système.
MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION
Le critère principal pour le choix des aciers à utiliser pour
la transformation est leur tenue en température, car celleci devra être maintenue à 400°C pour le PEEK et à 430°C
pour les grades HT et ST. L’usure par abrasion des matériaux
Victrex chargés de fibres de verre ou de carbone est
La rigueur du détail lors de l’extrusion garantit la qualité maximale du
produit.
identique à celle des autres thermoplastiques techniques.
La transformation des polymères Victrex ne génère aucun
produit de décomposition corrosif, à l’exception des grades
de frottement contentant du PTFE lorsqu’ils sont transformés
avec des températures ou des temps de séjour excessifs.
Les fournisseurs d’équipement proposent des extrudeuses
standards capables d’opérer dans ces conditions.
Si un matériau doit être spécifié, l’utilisation de fourreaux
bimétalliques (ex : WEXCO 777 ou Xaloy X-800) et de vis issue
de la métallurgie des poudres (ex : CPM-9V ou CPM-10V) ou
en alliage chromé donnent entière satisfaction.
Les matériaux nitrurés doivent être utilisés avec la plus
grande précaution. Il faut s’assurer que les polymères Victrex
ne se refroidissent pas et ne se solidifient pas au contact
des traitements de surface nitrurés au risque de le décoller
du substrat en acier. Le cuivre et les alliages de cuivre ne
doivent pas être en contact avec la matière fondue au risque
d’entraîner la dégradation des polymères Victrex. Dans le
cas d’applications où les matériaux Victrex sont en contact
direct avec du cuivre ou des alliages de cuivre, telles que le
revêtement des câbles, le temps de contact entre la matière
en fusion et la surface du métal est trop court pour créer une
réaction avant la cristallisation et le refroidissement.
Pour la buse, la filière et la tête, il convient de choisir des
matériaux appropriés pour les températures de transformation
élevées (ex : H13, Stavax, Hastalloy ou Inconel).
777-Durocast est une marque déposée de Wexco Corporation, Xaloy est une marque déposée de Xaloy Incorporated, CPM est une marque déposée de Crucible Industries, LLC, STAVAX i est
une marque déposée de Bohler-Uddeholm. Hastelloy est une marque déposée de Haynes International, Inc., and Inconel est une marque déposée de Special Metals Corporation.
3
CHOIX DE LA VIS ET DU FOURREAU
TEMPÉRATURE DU FOURREAU
La longueur du fourreau doit être d’un ratio L/D de 24:1
minimum, mais la plage de transformation pourra être plus
large avec un ratio L/D avoisinant 30:1. La paroi interne du
fourreau doit être lisse. Les sections d’alimentation rainurées
sont déconseillées.
Les colliers chauffants du cylindre doivent pouvoir maintenir
une température de 400°C pour l’extrusion du polymère PEEK
et de ses compounds, et de 430°C pour les grades HT et ST.
La plupart des machines d’extrusion peuvent atteindre ces
températures sans modification préalable. Si des modifications
sont nécessaires, c’est en général pour améliorer les colliers
chauffants et/ou les systèmes de contrôle. Les colliers
chauffants en céramique apportent le meilleur contrôle
comparés aux colliers chauffants en mica. De plus, des
calorifuges autour du fourreau peuvent être utilisés pour une
meilleure transformation et une réduction des coûts.
Puisque les températures de fusion des polymères PEEK, HT
et ST sont supérieures à celles de la plupart des matériaux
traditionnels, une zone d’alimentation plus longue est
souhaitable afin que le temps de séjour soit suffisant dans
cette section de la vis pour que les granulés atteignent
la fusion. Comme décrit dans la Figure 2, une zone
d’alimentation d’au moins 8D est un bon point de départ.
La viscosité des polymères PEEK, HT et ST ne change pas
radicalement lors du passage au point de fusion comme les
autres polymères tels que les polyamides ou polymères à
cristaux liquides (LCP). Une transition progressive de la section
d’alimentation à la section de dosage est préférable. Des
zones de compression courtes de 5D peuvent fonctionner,
mais des sections de compression de 8D sont préférables. Des
taux de compression de 2 à 3 suffiront à couvrir la plupart
des configurations d’extrusion. La longueur typique de la
zone de dosage est de l’ordre de 8D, même si des sections
plus longues peuvent être utilisées. Il est possible d’utiliser
des appareils de mélangeage léger si cela est jugé nécessaire.
Les extrémités de la vis doivent avoir une forme arrondie ou
conique pour éviter les points morts au bout de la vis.
L
zone d’alimentation
Il est conseillé d’utiliser au moins quatre zones de chauffage
séparées, chacune avec son propre thermocouple et système
de régulation PID (Proportional Integral Derivative) pour
un contrôle optimal de la température. Il est nécessaire de
s’assurer que le fourreau reçoit suffisamment de chaleur et
que celle-ci soit distribuée uniformément sur toute la longueur
ainsi que toutes les surfaces de la tête. La température doit
pouvoir être contrôlée à ±2°C.
Les profils de températures habituels pour le fourreau sont
indiqués sur la Figure 3. Des fiches techniques individuelles
précisent les réglages plus spécifiques. Ces fiches sont
disponibles auprès de votre représentant Victrex local.
Figure 2: Type de vis recommandé
D
Les pertes par conduction thermique de la vis et du cylindre
vers la trémie peuvent réduire l’efficacité de l’alimentation.
La régulation de la température de la goulotte d’alimentation
entre 70°C et 100°C permet de garantir une alimentation
correcte. Cette régulation thermique peut être assurée par un
système de refroidissement à eau, mais il faudra veiller à ne
pas perturber la température de la zone arrière du fourreau.
zone de
compression
zone de
dosage
Figure 3 : Profils de températures de cylindre pour les
matériaux Victrex
70˚C – 100˚C
La taille et le débit de l’extrudeuse doivent correspondre
pour obtenir un temps de séjour idéalement inférieur à 30
minutes. Une vitesse de rotation de vis trop faible (<10 tours/
minute) augmentera le temps de séjour dans le fourreau
et par conséquent les risques de complications due à une
dégradation thermique. Il ne doit pas y avoir de “points
morts”. Toutes les surfaces intérieures doivent être polies et
nettoyées avant le démarrage de l’extrusion.
420
Réglage des températures / ˚C
CAPACITÉ DU FOURREAU ET TEMPS DE SÉJOUR
Polymères Victrex
400
380
HT
360
PEEK
340
4
ST
FILTRES ET GRILLE DE CONTRE-PRESSION
La grille de contre-pression permet de créer une
contrepression sur le matériau extrudé et stoppe la rotation
du fondu. La taille des trous est proportionnelle à la taille de
l’extrudeuse et la conception doit éviter tous risques potentiels
de “points morts”. Les trous doivent être chanfreinés pour
améliorer l’écoulement. Des filtres sont généralement
positionnés en face de la grille de contre-pression afin
d’éliminer les impuretés résiduelles ou contaminations
accidentelles contenues dans le matériau et d’augmenter
encore la pression au niveau de la vis. Cependant, le filtre ne
doit pas être trop fin pour ne pas créer un cisaillement excessif
de la matière ou une chute de pression trop importante.
La pression doit être surveillée et les filtres changés
régulièrement si nécessaire. L’isolation et le chauffage de cette
zone sont des points cruciaux.
BUSE, TÊTE ET FILIÈRE
Les “points morts” (zone froide) ou un écoulement trop faible
peuvent engendrer une dégradation locale qui entrainera
à son tour une décoloration des matériaux ou l’apparition
de points noirs dans le polymère fondu. Par conséquent,
l’écoulement à travers la buse, la tête et la filière doit être
parfait pour limiter ces risques. Les changements de section
doivent être progressifs et les alignements parfaitement
calibrés. Une modélisation et une simulation rhéologique du
système peut être réalisée pour vérifier qu’il n’y a aucune
zone avec un écoulement trop faible : les sections doivent
être diminuées en cas de problème. Des zones de chauffage
largement dimensionnées et régulées individuellement sont
conseillées pour chaque section (buse, tête et filière), avec
l’utilisation d’une isolation thermique lorsque cela est possible.
Des tolérances serrées peuvent être obtenues avec une filière appropriée et
de bons paramètres de transformation.
PURGE ET ARRÊT
Les étapes normales d’une procédure d’arrêt sont les
suivantes : purge complète de l’extrudeuse suivie du
démontage et du nettoyage de tous les outils, y compris
la dépose de la vis.
Certains composants devront être placés dans un four pour
un nettoyage complet. Dans le cadre d’une production
quotidienne, il peut s’avérer nécessaire de posséder deux jeux
de filière et de vis pour chaque extrudeuse.
Tubes extrudés VICTREX Pipes.
5
REVÊTEMENTS DE FILS ET DE CÂBLES
Le polymère PEEK est largement répandu dans l’industrie de la
câblerie. Les grades HT et ST peuvent également être utilisés
pour le revêtement de câbles. Les applications comprennent
l’isolation primaire, le gainage, et la protection externe des fils
et câbles.
CONCEPTION DE LA FILIÈRE ET DE LA TÊTE
D’ÉQUERRE
L’extrusion des polymères PEEK, HT ou ST peut être effectuée
en utilisant un système de filière sous pression ou de filière à
tubes (tubing), comme décrit sur la Figure 4. Le système de
filière à tubes donne les meilleurs résultats pour la plupart des
applications de revêtements de câbles.
Figure 4 : revêtement de câbles a) filière sous pression b) filière à tubes
a)
b)
A
A
C
C
B
B
D
D
B
C
A = filière
B
E
A
B = mandrin
E
C
C = fondu
Avec les filières sous pression, il est possible de calibrer
directement un diamètre spécifique de revêtement sur le
conducteur lorsqu’il est tiré à travers la filière. L’adhérence
entre le conducteur et le revêtement sera forte, et la forme
extérieure de la filière sera bien respectée (ex : dans le cas de
conducteurs multibrins). Cependant, l’épaisseur de l’isolation
pourra varier (la concentricité du conducteur n’étant pas
contrôlée).
D = conducteur
A
E = longueur de la surface d’appui
Figure 5 : Calculs des taux DBR et DDR
DD DT
Avec une filière à tubes, la matière fondue et le conducteur
rentre en contact uniquement après leur sortie de la filière.
Les polymères VICTREX PEEK, HT ou ST sont extrudés sous
la forme d’un tube à parois minces avec le conducteur tiré
en son centre. Le polymère fondu est étiré pour réduire le
diamètre du tube jusqu’à ce qu’il adhère au conducteur,
formant ainsi une couche protectrice de l’épaisseur désirée.
Le système de filière à tubes n’est pas aussi simple que le
système à pression, mais il donne généralement de meilleures
propriétés pour la plupart des applications, avec notamment
une adhérence réduite entre le revêtement et le conducteur
(plus facile à dénuder), une isolation d’épaisseur constante et
une meilleure finition de surface. Le système de filière à tubes
permet également le gainage de fils déjà isolés.
Pour le système de filière à tubes, il faut respecter les rapports
DDR (Draw Down Ratio) et DBR (Draw Balance Ratio) indiqués
dans la Figure 5.
6
DD = diamètre extérieur de la filière
Draw Down Ratio
DT = diamètre du poinçon
DD2 – DT2
DDR = 2
2
dcw
– dbw
dcw = diamètre du câble revêtu
dbw = diamètre du conducteur nu
Draw Balance Ratio
DD dbw
•
DBR =
DT dcw
dcw
dbw
Le rapport de striction DDR est le rapport entre la section du
conducteur en sortie d’extrudeuse et la section du revêtement
final. Le rapport de striction recommandé pour les polymères
PEEK, HT et ST naturels se situe entre 3:1 and 10:1, bien
que des rapports DDR de 50:1 aient pu être utilisés pour des
revêtements extrêmement fins. Une attention particulière doit
être apportée au rapport DBR qui lui doit être maintenu le
plus proche possible de 1:1.
La conception de la tête d’équerre pour les systèmes
de filières à tubes n’est pas prédominante pour la
transformation. Néanmoins, la conception privilégiée est
un simple répartiteur de flux redirigeant l’écoulement à 90°
sans pertes de charges. Bien que des répartiteurs de flux plus
complexes se soient déjà avérés efficaces, ces systèmes sont
plus difficiles à nettoyer.
Des équipements appropriés facilitent l’obtention de la cristallinité désirée.
ÉQUIPEMENT EN AVAL
Un schéma typique d’une ligne d’extrusion de câbles est
décrit en Figure 6. Cependant, les exigences sont différentes
pour chaque application et chaque ligne est donc différente.
Figure 6 : Schéma de principe d’une ligne d’extrusion de câbles
dévidoir
préchauffeur de fil
extrudeuse
chauffage par
rayonnement
bac de
refroidissement
cabestan
test d’isolation
enroulement
CRISTALLINITÉ
La majeure partie des propriétés physiques remarquables des
polymères PEEK, HT et ST proviennent de leur morphologie
semi-cristalline.
Pour les revêtements des câbles et fils, la matière fondue est
extraite de la filière et refroidie à l’air sur environ un mètre
(selon la vitesse de la ligne). Pendant le refroidissement, la
couleur des polymères PEEK, HT et ST naturels passe d’une
teinte marron foncée transparente à gris/beige opaque.
Ce changement de couleur est dû au refroidissement de la
matière et à la cristallisation de la surface de l’isolant.
Une fois cette étape passée, il est possible de procéder à
un refroidissement complémentaire dans l’eau puisque
la cristallisation au cœur du polymère ne sera plus
significativement affectée. Si un revêtement amorphe est
souhaité, le bac de refroidissement d’eau peut être rapproché
de la filière.
La température du conducteur peut retarder la cristallisation
lors des opérations de revêtements de câbles.
Par conséquent, si l’on désire obtenir une cristallinité
élevée, il est conseillé de préchauffer le conducteur avant
son introduction dans la tête d’équerre. La température de
préchauffage dépendra de la nature et de la géométrie du
conducteur ; des températures allant de 120°C à 200°C
donnent généralement d’excellents résultats. Si le niveau de
cristallinité désiré ne peut être obtenu en ligne, il est encore
possible de cristalliser l’isolant par le biais d’un traitement
thermique ultérieur.
7
FABRICATION DE FILMS ET PLAQUES
Les polymères PEEK, HT et ST naturels peuvent être utilisés
pour l’extrusion de films et plaques. La transformation est
effectuée en utilisant une extrudeuse conventionnelle, avec
une filière et un système de tirage adéquates, comme décrit
sur la Figure 7.
Figure 7 : Équipement de production de plaques
filière plate
3 cylindres de
calandrage polis
extrudeuse
Mesure de l’épaisseur des films extrudés APTIV® PEEK.
CONCEPTION DE LA FILIÈRE
Des filières plates sont généralement utilisées pour
transformer les polymères PEEK, HT et ST naturels en feuilles.
Ces systèmes doivent garantir un écoulement parfait de
la matière en fusion avec des parois intérieures polies afin
d’éviter un bourrage de la filière ou des effets stick-slip.
Le contrôle de la température de la lèvre de filière est
primordial pour une bonne finition de la surface et stabilité
dimensionnelle.
CRISTALLINITE DES PLAQUES ET FILMS MINCES
Les films minces (< 500µm) peuvent être produits à l’état
semi-cristallin ou amorphe en contrôlant la température
des rouleaux de calandrage. Une température de rouleau
inférieure à la température de transition vitreuse Tg produira
un film transparent amorphe, tandis qu’une température de
rouleau supérieure à 170°C produira un film opaque semicristallin. Les films plus épais cristallisent sous l’action de leur
propre chaleur.
La propreté de l’équipement et un contrôle stricte des paramètres de transformation sont essentiels pour obtenir des films d’excellente qualité.
8
MONO-FILAMENT
Les polymères PEEK, HT et ST peuvent être transformés
sous forme de mono-filament en utilisant une extrudeuse et
un équipement d’étirage. Les extrudeuses utilisées pour la
production de mono-filament sont généralement associées
à des pompes à vide, qui garantissent un dosage précis de la
quantité de polymère fondu à travers la filière et une pression
constante. D’autres systèmes sans dosage ont aussi démontré
leur efficacité en fonctionnement. Une ligne typique de
production de mono-filament est décrite dans la Figure 8.
Les étapes de transformation en sortie d’extrudeuse décrites
dans la Figure 8 se décomposent en deux parties : orientation
de la matière fondue et relaxation. Pendant l’orientation de
la matière fondue, le filament est refroidi dans l’air et l’eau.
Ensuite il est tiré à plus haute vitesse (V2>V1) à travers un
four régulé au-dessus de la température de transition vitreuse
du matériau. La vitesse plus élevée aide à étirer le polymère,
réduire le diamètre et orienter le filament.
Figure 8 : Schéma de principe d’un équipement de
production de mono-filament
V1
Fibres extrudées en VICTREX PEEK.
T2
T1
V2
T3
V3
V = Vitesse
T = Température
Pendant l’étape de relaxation, le polymère est fixé en passant
à travers un four régulé à une température proche du point
de fusion du polymère.
SUPPORT TECHNIQUE
Victrex Polymer Solutions est entièrement dédié aux produits polyaryléthercétones et idéalement placé pour répondre à vos
exigences de qualité, de technicité et de sécurité d’approvisionnement. Dans le contexte actuel de forte compétitivité, travailler avec
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