Procédé de polymérisation par extrusion et vulcanisation

Résumé du document

Le sujet de notre étude portera sur les procédés d'extrusion et de vulcanisation d'une chaîne de fabrication de tuyaux flexible en PVC. Nous aurons donc à effectuer le dimensionnement des machines et des quantités de matière afin de satisfaire la contrainte de production imposée de 100 km de tuyau par jour.
Plusieurs hypothèses de départ doivent être également posées telles que l'utilisation d'une seule ligne de production, c'est-à-dire une seule extrudeuse, et un mode de fonctionnement tournant en permanence (24h/24).
Cette synthèse est structurée en cinq grandes parties : d'abord une partie définissant les concepts de base afin d'avoir une première approche du sujet puis une explication plus détaillée et plus approfondie pour mettre en forme et définir le problème. Ensuite une partie sur les propriétés du PVC et les données qui nous serons utiles pour les calculs. Une représentation modulaire de la ligne de fabrication et enfin la partie dimensionnement qui constitue l'essentiel de notre travail.

Extraits

[...] Cette opération, est généralement destinée au caoutchouc mais on la retrouve aussi pour d'autres matériaux tels qu'ici pour notre étude, le PVC. II Explications détaillées La polymérisation La matière que nous utiliserons pour fabriquer les tuyaux est le polychlorure de vinyle (ou PVC). On obtient le PVC grâce à la polymérisation radicale du chlorure de vinyle, lui-même produit de la réaction de l'acétylène avec de l'acide chlorhydrique (HCl). Cette polymérisation est obtenue grâce à la double liaison carbone-carbone qui s'ouvre pour rattacher les molécules de chlorure de vinyle entre-elles. [...]

[...] De plus l'extrudat devient trop fluide. C'est pourquoi la régulation de température est une fonction importante, impliquant aussi bien le chauffage que le refroidissement. A noter que pendant tout le parcours dans la vis, le thermoplastique est soumis aux effets conjugués de la chaleur du cylindre fournie par une source extérieure, et de la chaleur de friction due au travail. Lorsqu'il est dans la filière il ne reste plus pour le chauffage que la source extérieure. Plusieurs procédés de chauffage ont été proposés, mais nous utiliserons le plus simple c'est-à-dire le chauffage électrique. [...]

[...] On utilise du PVC souple pour fabriquer les tuyaux. Son aspect naturel est incolore, sa résistance à la rupture est comprise entre 40 et 52 MPa et sa résistance au choc est bonne. Quelques propriétés du PVC : Température de vulcanisation : . 150°C Température de fusion : . 210°C Conductivité thermique : W.m-1.K-1 Viscosité : Pa.s Pouvoir calorifique : J/kg Masse volumique : kg/m3 Capacité thermique massique : J/kg/K Densité : Le polychlorure de vinyle (PVC) est un polymère halogéné. [...]

[...] La forme de la vis est généralement cylindrique, et la compression peut être obtenue soit par augmentation progressive du noyau, de la goulotte d'alimentation à la tête (vis à pas constant et noyau conique), soit par diminution de la largeur du filet dans le même sens (vis à noyau constant et à pas dégressif), soit par combinaison des deux systèmes. Pour notre étude nous utiliserons le modèle à pas constant et noyau conique. La longueur de la vis dépendra du matériau à transformer et de la forme du profil à obtenir. [...]

[...] e = 2,1 cm Nous allons maintenant chercher le diamètre d de la vis au niveau du pompage de l'extrudeuse. Nous savons que nous avons besoin d'un volume de production Vp de 232710 mm3/sec. De plus la vis tourne à une vitesse n : n = N/60 n = 16,67 tr/sec Ainsi, on trouve le volume brassé par tour dans l'extrudeuse : V = Vp/n V = 1,3963 m3/tr Sachant que la formule du volume brassé par tour dans l'extrudeuse est on peut trouver le diamètre de la vis au niveau du pompage de l'extrudeuse : d = d = 12,43 cm A partir de ces données, on en déduit le couple C de la vis : C = Avec : K = 308500 d = 12,43 cm L = 3,12 m C = 14897 Nm Pour le chauffage du fourreau, il dépend de l'énergie thermique dépensée afin d'en définir la puissance de chauffage à installer. [...]