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Du plastique mélangé à de la pierre ?
Cela semble étrange, mais cela arrive tous les jours dans le secteur de la transformation du plastique.
Cette « pierre » est généralement du carbonate de calcium (CaCO3) – l’une des charges minérales les plus utilisées dans les plastiques.
Pour quelqu’un extérieur à l’industrie du plastique, l’ajout de poudre minérale peut sembler un moyen simple d’alourdir le plastique ou de remplacer une résine coûteuse. Cependant, dans une formulation correctement conçue, le carbonate de calcium est bien plus qu’un simple poids bon marché. Son type, sa taille de particule, sa distribution granulométrique, son traitement de surface, sa pureté, sa dispersion et son niveau de charge peuvent tous influencer le traitement et les performances du produit final.
Utilisé correctement, le CaCO3 peut contribuer à réduire les coûts de formulation, à augmenter la rigidité, à améliorer la stabilité dimensionnelle et à modifier le comportement de traitement. Mal utilisé, il peut contribuer à la fragilité des produits, à une extrusion instable et à une usure accélérée desvis et barils.
La vraie question n’est donc pas simplement « Pourquoi mettre de la pierre dans du plastique ? » La question est la suivante : « Quel carbonate de calcium doit être utilisé, à quelle charge et comment le système d'extrusion doit-il y être adapté ? »
Le carbonate de calcium est souvent appelé charge, mais « charge » ne signifie pas qu’il n’a aucune fonction technique.
Dans une formulation plastique bien conçue, le CaCO3 peut agir comme un additif minéral fonctionnel. Selon le polymère, la qualité et la formulation, cela peut aider :
L'effet dépend de la formulation. Ajouter plus de CaCO3 ne produit pas automatiquement un produit meilleur ou moins cher. Les propriétés mécaniques, la dispersion, la stabilité du procédé et l'usure des équipements doivent tous être pris en compte ensemble.
Tous les carbonates de calcium ne sont pas identiques. Pour les transformateurs de plastique, quatre catégories sont particulièrement utiles à comprendre.
Le carbonate de calcium broyé (GCC), souvent appelé carbonate de calcium lourd en Chine, est produit en broyant mécaniquement du calcaire naturel, de la calcite ou du marbre et en le classant selon une plage granulométrique contrôlée.
Son plus grand avantage est la rentabilité. Le GCC est largement utilisé dans les tuyaux et profilés en PVC, les produits PE et PP, les feuilles, les panneaux, les WPC et les mélanges maîtres de remplissage.
Pour de nombreuses applications conventionnelles, une nuance GCC correctement sélectionnée offre un équilibre pratique entre coût, rigidité, aptitude au traitement et exigences du produit.
Le carbonate de calcium précipité (PCC), communément appelé carbonate de calcium léger en Chine, est produit par un processus de précipitation chimique contrôlé.
Par rapport au GCC conventionnel, le PCC peut fournir une taille, une morphologie et une distribution granulométrique plus contrôlées. Cela le rend utile lorsque les transformateurs souhaitent des particules plus fines, des caractéristiques de surface plus contrôlées ou une apparence plus cohérente.
Le PCC est généralement plus cher que le GCC standard, la décision doit donc être basée sur l'objectif de performance plutôt que sur l'hypothèse selon laquelle plus fin est toujours mieux.
Le nanocarbonate de calcium utilise des particules très fines et est destiné aux applications où la charge devrait faire plus que réduire le coût de la formulation.
Lorsque la qualité, le traitement de surface et la dispersion sont correctement adaptés au polymère, le nano-CaCO3 peut être utilisé pour modifier la rigidité, la ténacité, le comportement aux chocs, la stabilité dimensionnelle et les propriétés de surface.
Mais les particules nanométriques ne sont pas automatiquement supérieures. Leur grande surface rend également l’agglomération et la dispersion plus difficiles. Une mauvaise dispersion peut empêcher les avantages attendus en termes de performances.
Le carbonate de calcium est inorganique, alors que la plupart des matrices polymères sont organiques. Le traitement de surface – généralement avec des systèmes à base d'acide gras tels que les stéarates – peut rendre la surface des particules plus compatible avec le traitement des polymères.
Un traitement approprié peut contribuer à améliorer la dispersion, à réduire l’agglomération, à améliorer le comportement au traitement et à optimiser l’interface charge-polymère.
En termes simples, le traitement de surface confère à la particule minérale une « couche » plus respectueuse des polymères. C'est pourquoi deux qualités de CaCO3 ayant une composition chimique et une taille de particule nominale similaires peuvent se comporter très différemment dans le même processus d'extrusion.
La résine polymère est généralement plus chère que la charge minérale. Le remplacement d'une partie de la résine par du carbonate de calcium peut réduire le coût de formulation par unité de produit fini, ce qui est particulièrement intéressant dans les produits à grand volume tels que les tuyaux, profilés, panneaux, feuilles et mélanges maîtres en PVC.
Mais le coût des matériaux ne représente qu’une partie de l’équation. Si une charge excessive ou mal sélectionnée entraîne des pertes de qualité, un traitement instable ou une usure plus rapide des équipements, les économies apparentes peuvent disparaître.
Les charges minérales augmentent généralement la rigidité et la dureté. C'est l'une des raisons pour lesquelles le carbonate de calcium est largement utilisé dans les produits rigides et les composés polyoléfiniques où le contrôle dimensionnel est important.
Cependant, les propriétés n’évoluent pas toutes dans la même direction. En fonction de la taille des particules, du traitement, de la dispersion et de la charge, une teneur plus élevée en charge peut également réduire les performances aux chocs ou l'allongement. La formulation correcte est donc un équilibre et non une course pour maximiser le pourcentage de charges.
Le carbonate de calcium peut contribuer à améliorer la stabilité dimensionnelle des systèmes polymères appropriés, ce qui est utile pour les profilés, les panneaux, les feuilles et les composants rigides moulés ou extrudés.
Encore une fois, le résultat dépend de la formulation complète et des conditions de traitement plutôt que du CaCO3 seul.
La taille des particules, leur distribution granulométrique, leur morphologie et leur traitement de surface influencent tous la façon dont le CaCO3 se disperse et interagit avec le polymère. Les qualités fines ou traitées en surface peuvent présenter un comportement rhéologique, superficiel et mécanique différent des qualités grossières non traitées.
Pour les travaux techniques d'achat et de formulation, la taille des particules en micromètres, D50/D97 ou la distribution granulométrique est généralement plus informative que de se fier uniquement au « maillage » comme indicateur de qualité.
Les fabricants de plastique ne devraient pas choisir le carbonate de calcium uniquement en fonction du prix.
Un enduit bon marché contenant des particules trop grossières ou incohérentes, des impuretés minérales dures, un mauvais traitement de surface, une agglomération, de l'humidité ou une qualité instable peuvent créer des problèmes qui coûtent bien plus cher que l'économie initiale.
Les problèmes possibles du produit incluent :
· Mauvaise finition de surface
· Performances d'impact ou fragilité réduites
· Dispersion inégale du mastic
· Dimensions ou qualité du produit instables
Les problèmes possibles de traitement et d’équipement comprennent :
· Charge de traitement plus élevée
· Extrusion instable
· Pression locale ou concentration de cisaillement
· Usure accélérée des vis et du canon
· Intervalles de maintenance plus courts
Les recherches sur les systèmes de traitement des matières fondues remplies de CaCO3 ont montré que l'usure abrasive augmente à mesure que la charge de charge augmente, et que la taille médiane des particules et les impuretés minérales plus grandes peuvent également augmenter l'usure. C'est pourquoi la qualité des charges, le chargement et les spécifications de l'équipement doivent être évalués ensemble, en particulier dans la production à forte teneur en charges.
Le carbonate de calcium peut réduire le coût de la formulation, mais l'extrudeuse voit des millions de particules minérales passer à travers les canaux de vis et travailler heure après heure.
À mesure que la charge de remplissage augmente, le processus peut devenir plus exigeant. L'usure ne dépend pas uniquement de la dureté du CaCO3 : le niveau de charge, la distribution granulométrique, les impuretés, la dispersion, le polymère, la conception de la vis, la pression, la vitesse de la vis et les conditions de fonctionnement sont tous importants.
Ceci est particulièrement pertinent dans la production de PVC hautement chargé, de WPC, de PE/PP chargés de minéraux et de mélanges maîtres de remplissage.
La principale préoccupation est l’usure abrasive. Le matériau chargé en minéraux se déplace à travers la vis et le canon sous pression, température et cisaillement. Sur de longues périodes de production, les particules abrasives et les impuretés dures peuvent progressivement éliminer la matière des vols de vis et de la surface de travail du canon.
L'usure n'est pas nécessairement uniforme. En fonction de la formulation et de la conception de la vis, les transformateurs peuvent constater une usure concentrée dans les zones d'alimentation, de transition/compression ou de mélange.
À mesure que le diamètre de la vis diminue et que l'alésage du canon augmente, le jeu de travail peut augmenter. Cela peut réduire l’efficacité du pompage et rendre plus difficile le maintien d’un débit stable.
Ces symptômes peuvent avoir d'autres causes, c'est pourquoi l'usure doit être confirmée par une inspection et des mesures plutôt que par un seul symptôme de production.
Toutes les applications de carbonate de calcium ne nécessitent pas automatiquement un barillet à vis bimétallique.
Pour des conditions moins chargées ou moins abrasives, une vis et un corps nitrurés bien fabriqués peuvent toujours offrir un bon équilibre entre coût et durée de vie.
À mesure que la charge de charge, les impuretés, les heures de fonctionnement et les conditions abrasives augmentent, une surface de travail plus résistante à l'usure devient de plus en plus précieuse. Des configurations bimétalliques ou autres configurations résistantes à l'usure peuvent être envisagées pour les applications exigeantes à haute charge.
Ceci est particulièrement pertinent pour les tuyaux et profilés en PVC à haute teneur en CaCO3, le WPC, le PE/PP chargé de minéraux, les mélanges maîtres de remplissage et les composés recyclés contenant des minéraux.
LIEN INTERNE : Liez l'expression « baril à vis nitruré ou bimétallique » au blog PIPLL – Baril à vis bimétallique ou nitruré : quand vous ne devriez PAS passer au bimétallique.
PIPLL ne recommande pas une vis et un canon uniquement à partir du nom du polymère. Pour le traitement à haute teneur en CaCO3, les conditions de travail réelles doivent être évaluées.
Pour les applications abrasives à haute charge, PIPLL peut fournir des solutions de vis et de barillets nitrurées, bimétalliques et personnalisées résistantes à l'usure. L'objectif n'est pas simplement de choisir le matériau le plus dur, mais d'adapter la protection contre l'usure au type de charge, à la charge, au polymère, au débit, à la vitesse de vis, à la température de fonctionnement et à la durée de vie attendue.
Pour les applications exigeantes, un corps bimétallique peut fournir une surface de travail en alliage résistant à l'usure conçue pour un contact à long terme avec des composés abrasifs. Le système d'alliage et la construction appropriés doivent être sélectionnés en fonction du processus réel plutôt que traités comme une mise à niveau universelle.
Lorsque la conception du canon et le modèle d'usure le permettent, PIPLL peut fournir des concepts de revêtement ou de manchon afin que la zone de travail à forte usure puisse être entretenue sans nécessairement remplacer l'ensemble du canon. Cela peut être particulièrement intéressant pour l’extrusion continue à haute teneur en charges où les coûts de maintenance et les temps d’arrêt sont importants.
La résistance à l’usure n’est qu’une partie de la solution. La géométrie des vis affecte également le transport, la fusion, la dispersion des charges, la pression, le cisaillement et la température de fusion.
Une conception de vis mal adaptée peut créer un cisaillement excessif, des pics de pression locaux, un rendement instable ou une usure concentrée. Pour les applications à haute charge, PIPLL peut évaluer la configuration des vis ainsi que le système de matériaux résistant à l'usure.
L’objectif d’ingénierie est d’équilibrer :
L’objectif d’ingénierie est d’équilibrer :
Si vous traitez des plastiques chargés de carbonate de calcium et que vous constatez une usure prématurée des vis et du cylindre, les informations suivantes aident PIPLL à évaluer l'application :
| Information | Pourquoi c'est important |
|---|---|
| Polymère | PVC / PE / PP / WPC / Autres |
| CaCO3Contenu | Aide à évaluer la charge de charge et les conditions abrasives |
| CaCO3Qualité / Taille des particules | La distribution granulométrique, le traitement et les impuretés affectent le traitement et l'usure |
| Type d'extrudeuse | Simple/Jumeau Parallèle/Jumeau Conique |
| Diamètre de vis et L/D | Définit la configuration de base des vis |
| Sortie et régime de vis | Aide à évaluer la charge de production et les conditions de fonctionnement |
| Durée de vie actuelle | Affiche les performances d'usure existantes |
| Porter des photos/mesures | Aide à identifier l'emplacement et la gravité de l'usure |
| Dessin ou dimensions originales | Prend en charge le remplacement et la personnalisation |
L’ajout de carbonate de calcium au plastique n’est pas une « triche » lorsqu’il fait partie d’une formulation correctement conçue.
C'est la science des matériaux.
La vraie question n'est pas de savoir si du carbonate de calcium doit être ajouté, mais quel type, quelle taille de particule, quelle distribution granulométrique, quel traitement de surface et quel niveau de charge sont appropriés pour le polymère, le produit et le processus de production.
Lorsque ces variables sont correctement équilibrées, le carbonate de calcium peut offrir une véritable optimisation des coûts tout en maintenant les performances requises du produit.
Cependant, lorsque la qualité, la dispersion ou le chargement des charges sont mal contrôlés, les économies peuvent rapidement disparaître en raison de la fragilité des produits, d'un traitement instable, de taux de rebut plus élevés et d'une usure accélérée des équipements.
Le produit de remplissage le moins cher n’est pas toujours la solution la moins coûteuse. L’objectif est une véritable rentabilité en termes de matériaux, de production, de qualité et de maintenance.
Pour l’extrusion à haute teneur en charges, la rentabilité à long terme ne dépend pas uniquement du prix par kilogramme de résine ou de CaCO3.
Un système réussi équilibre formulation + conception de vis + matériau résistant à l’usure + construction du canon + conditions de fonctionnement.
C'est ainsi que le carbonate de calcium devient un véritable outil de réduction des coûts et d'optimisation des performances, plutôt qu'une source cachée de problèmes de produits et de coûts de maintenance.
Si votre vis et votre canon s'usent plus rapidement que prévu, ne les remplacez pas automatiquement par exactement les mêmes spécifications.
Envoyez à PIPLL votre type de polymère, le pourcentage de CaCO3, la qualité de charge ou la taille des particules si disponible, le modèle d'extrudeuse, les dimensions de la vis, la sortie, le régime de la vis, la durée de vie actuelle et les photos d'usure.
PIPLL peut évaluer si le problème est principalement lié à la résistance à l'usure, à la conception des vis, à la construction du canon, aux conditions de fonctionnement ou à une combinaison de facteurs.
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