Extrudeuse monovis simple étage

I.2.1.1. Le remplissage de la vis

™ Kubota et al. [42] ont étudié l’extrusion monovis de caoutchouc en comparant des profils de vis différents. Leur étude s’est portée sur l’écoulement de deux mélanges de caoutchoucs, à base respectivement de NR et de SBR/BR. Pour ce faire, ils ont utilisé trois vis et trois extrudeuses différentes. La Figure II.2 montre les vis utilisées que l’on peut définir ainsi : La vis A est longue, avec un rapport L/D de 20, un diamètre de 37,5 mm et une profondeur de chenal variant entre 5.3 et 5.8 mm. La vis B a un rapport L/D de 10, un diamètre de 44.82 mm et possède un double filet. De plus la profondeur de chenal et le pas sont constants sur toute la longueur de la vis. Enfin, la vis C utilisée normalement pour l’injection de caoutchouc, a été utilisée dans une extrudeuse. Son rapport L/D est de 12, son diamètre de 32 mm.

Figure II.2 : Types de vis utilisés par Kubota et al. [42], A, Diamètre 37,5 mm, 20 L/D, vis pour extrudeuse NRM B, Diamètre 48,82 mm, 10 L/D, vis pour extrudeuse Monsanto C, Diamètre 32 mm, 12 L/D, vis pour presse à injecter Boy 30M

Chaque extrudeuse est alimentée à froid par des bandes de caoutchoucs.

Des démontages de vis ont permis de mettre en évidence les résultats présentés sur les figures suivantes. Toutefois, notons que le type de mélange de caoutchoucs n’a pas eu d’incidence sur ces derniers résultats : quel que soit celui utilisé, la distribution du caoutchouc le long de la vis est similaire, mais elle est différente d’une extrudeuse à l’autre.

La Figure II.3 montre le démontage de la vis A et la distribution du caoutchouc sur cette dernière après vulcanisation. On peut distinguer trois zones de remplissage différent :

ª Une première zone où le remplissage est incomplet, qui s’étend de la zone d’alimentation jusqu’au point où la largeur occupée commence à croître.

ª Une deuxième zone très courte, où la largeur occupée augmente pour atteindre la largeur du chenal.

A

B

C

ª Et une troisième, s’étendant sur 2 ou 3 tours de vis, où la matière est mise en pression et où la matière occupe tout le chenal.

Figure II.3 : Distribution du caoutchouc le long de la vis A, [42]

™ Bennani [5] a effectué une étude expérimentale afin de comprendre le comportement des extrudeuses alimentées à froid en utilisant deux types de vis différentes. Ces deux vis sont à doubles filets, de rapport L/D 4,7 et de diamètre 80. La différence réside dans le pas de vis. La vis 1 possède un pas constant, (Figure II.4), tandis que la vis 2 a un pas variable, (Figure II.5). Les différents essais ont été menés sur un mélange de Butyl.

Figure II.4 : Géométrie vis n°1 utilisée par Bennani [5]

Qu’il s’agisse de la vis 1 ou de la vis 2, il est possible d’observer un remplissage complet de la vis en vulcanisant le mélange dans celles-ci pour des conditions habituelles de fonctionnement.

Ce résultat obtenu sur une vis L/D de 4.7 n’est pas en accord avec ceux de Kubota et al. [42], obtenus sur une vis au L/D de 20 où le remplissage n’était pas total. Cependant les vis de rapport L/D de 10 et 12, respectivement les vis B et C de la Figure II.2, étaient totalement remplies.

Figure II.5 : Géométrie vis n°2 utilisée par Bennani [5]

En fait, le remplissage est conditionné par le débit imposé par la zone d’alimentation et la pression en tête de vis nécessaire pour faire passer ce débit à travers la filière (seul en effet un

Direction d’extrusion

chenal entièrement rempli peut engendrer une mise en pression). Si la vis est longue, le remplissage nécessaire à cette mise en pression pourra être inférieur à la longueur totale de la vis et le débit sera alors le débit d’alimentation. Si la vis est courte, le remplissage pourra être complet et même influer sur les conditions d’alimentation en limitant le débit possible de la machine.

I.2.1.2. Les modes d’alimentation en jeu

Kubota et al. [42], sur les vis B et C précédentes, (Figure II.2), ont étudié l’influence de l’alimentation : présence ou non d’un système d’alimentation, et mode d’alimentation même de l’extrudeuse.

La Figure II.6 fait apparaître la distribution du caoutchouc le long de la vis B utilisée avec et sans système d’alimentation “power feed system”. Les auteurs ne fournissent pas plus de précision sur le système d’alimentation utilisé, cependant on suppose qu’il doit s’agir d’un galet bourreur. Lorsque le système d’alimentation est actif, la vis B est complètement remplie, comme le montre la Figure II.6b. Sinon, on assiste à un remplissage non régulier et partiel de la vis (Figure II.6a). Cette observation met bien en évidence le rôle primordial de l’alimentation.

Figure II.6 : Distribution du caoutchouc le long de la vis B, [42]

a- sans système d’alimentation b- avec système d’alimentation

Alimentée par bande, l’extrudeuse munie d’un galet bourreur aura une meilleure homogénéisation de l’alimentation.

Figure II.7 : Longueur remplie de la vis C [42]

Figure II.8 : Débit en fonction de la largeur de bande d’alimentation de la

vis C [42]

La longueur remplie de la vis C de Kubota et al. [42] est présentée sur la Figure II.7. Le degré de remplissage de la vis dépend des dimensions des bandes d’alimentation. En augmentant la largeur de la bande on arrive à remplir la vis totalement. On note une valeur limite de 25 mm à

a b

Largeur du chenal W

Largeur du chenal W

partir de laquelle l’influence est nulle puisque toute la vis est remplie. Cette valeur de 25 mm est très proche de 25.5 mm qui est la largeur du chenal de la vis. En effet il n’y a pas lieu d’alimenter l’extrudeuse avec des bandes plus larges que le chenal. Ceci conforte l’hypothèse précédente qui mettait en avant l’importance du mode d’alimentation. De même, nous pouvons remarquer sur la Figure II.8 que le débit augmente avec l’accroissement de la largeur de bandes jusqu'à une certaine limite.

™ Leblanc [47] a également mis en évidence l’effet des dimensions des bandes d’alimentation.

Il a utilisé une vis simple étage (L/D de 15 et un diamètre de 45 mm) avec une section Maillefer, (Figure II.9), avec deux mélanges : un fluoro-élastomère et un EPDM.

Figure II.9 : Type de vis utilisée par Leblanc [47]

L’étude de l’épaisseur des bandes d’alimentation montre bien une augmentation de la pression en tête avec l’épaisseur de la bande (Figure II.10). Ceci signifie donc bien que l’augmentation de l’épaisseur de bandes entraîne une augmentation du débit et un meilleur remplissage (traduit par une augmentation de la pression en tête). Cependant, il apparaît une valeur limite de la pression en tête. Donc au-delà d’une certaine épaisseur, il n’y a pas lieu d’aller plus loin puisqu’il n’y aura plus d’influence sur le remplissage.

Figure II.10 : Effet de l’épaisseur des bandes sur la pression en tête, D=2 mm et L/D=1 [47]

De plus, comme le montre la Figure II.11 dans le cas des expériences avec le mélange d’EPDM, les dimensions de la bande ont une influence considérable sur la pression en tête de vis, à vitesse de rotation constante, non seulement en regard de la pression obtenue, mais également

Section du chenal

Figure II.11 : Effet des dimensions de la bande d’alimentation sur la stabilité de l’extrusion, filière D=3mm et L/D=0 [49]