Vis de plastification

Les principaux phénomènes qui ont lieu lors de la rotation de la vis de plastification sont : le transport, le ramollissement ou la fusion, et le pompage de la matière. Cette vis de plastification est à quelques détails près une vis d’extrusion (Figure 15). Et comme elle, elle présente trois zones : alimentation, plastification et pompage.

54 Figure 15. Vis de plastification standard d’une presse à injecter (Agassant et al., 1996).

Metering type screw : vis à section homogène Feed section : zone d’alimentation

(Melting) transition : zone de fusion, de transition Metering section : zone de dosage

Pitch (lead) : pas de vis

Les vis de plastification standard sont à pas singulier (Figure 13) dont les caractéristiques sont les suivantes :

 Ds (ou D), le diamètre nominal de la vis ;

 Φ, l’angle de l’hélice ;

 s, l’épaisseur du filet ;

 hF, la profondeur du filet au niveau de la zone d’alimentation ;

 hM, la profondeur du filet au niveau de la zone de pompage ;

 L, la longueur de la vis ;

 δ, le jeu entre le sommet du filet et le fourreau ;

 L/D, le rapport longueur sur diamètre nominale de la vis ;

 τc = hF/ hM, le taux de compression.

Les mécanismes de déplacement et de transformation d’un polymère dans une vis d’Archimède ont été décrits de façon détaillée (Agassant et al., 1996) :

Le transport du polymère solide dans la zone d’alimentation :

Le plastique sous forme de granulés ou de poudre à un comportement voisin de celui d’un « sable » avec une certaine cohésion et un certain angle de frottement interne. Il est rapidement compacté (ou fritté) sous l’action de la pression et de la température, et il se comporte alors comme un solide plus ou moins indéformable glissant entre la vis

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et le fourreau. Le déplacement s’effectue comme pour l’extrusion monovis. Il existe cependant une légère différence concernant la vitesse du fourreau par rapport à la vis, considérée fixe. Elle est due au recul de la vis au fur et à mesure que le dosage de la matière fondue s’effectue. Toutefois, cette vitesse de recul, vr, est négligeable devant la vitesse de rotation, v : v = π × D× N ≥ vr. Des modèles ont été développés afin de déterminer un angle de vis optimum permettant un débit de solide optimum dans cette zone d’alimentation. Notons que cette optimisation nécessite de déterminer le coefficient de frottement polymère / métal du fourreau et de la vis.

Le phénomène de transition de phase dans la zone de plastification, et de compression: Deux actions sont responsables du ramollissement du polymère : la conduction thermique et la dissipation visqueuse due au cisaillement exercé par la vis sur la matière. Le taux de cisaillement augmente donc de la zone d’alimentation à la zone de pompage de la vis. Un faible taux de cisaillement ne permet pas une bonne homogénéisation du matériau. Un taux de cisaillement trop important peut entraîner une dégradation du matériau. La plastification d’un polymère est ordonnée dans le canal de la vis. D’abord, un film liquide se forme au contact du fourreau au dessus du solide. Cette étape s’appelle la zone de retard à la fusion. Plus le jeu entre le sommet du filet et le fourreau est important, plus longue est cette zone de retard à la fusion. Quand la couche de polymère fondu devient plus importante que ce jeu, elle se met en pression le long du filet arrière et l’épaisseur du film augmente. Il se forme alors une poche liquide à l’arrière du chenal, celle-ci grandit de l’arrière vers l’avant du cylindre en même temps que le lit de solide diminue : c’est la zone de plastification proprement dite (Figure 16).

56 Figure 16. Plastification d’un polymère dans la zone de fusion :

a) retard à la fusion (Agassant,1996), b) plastification (Rubin, 1972).

Notons que pendant les phases d’arrêt de la vis, la plastification se poursuit par conduction thermique.

Le phénomène de pompage :

Dans la troisième zone de la vis, la matière fondue est mise sous pression ce qui entraîne son écoulement vers le bout de vis ou chambre de dosage. Ce phénomène a été moins étudié pour le cas de l’injection moulage que pour l’extrusion monovis. Les modèles expliqués pour une extrudeuse monovis munie d’une filière et fonctionnant en continu ont été adaptés au système transitoire que représente l’injection moulage. Il se peut que la température de la matière diminue tout le long de la vis entre le début et la fin de la phase de rotation. Le polymère pourrait alors avoir une température très hétérogène (Agassant, 1996).

La pointe de vis est également un élément essentiel pour l’injection du matériau. En effet, il peut être nécessaire d’équiper la vis de plastification d’une pointe de vis munie d’un clapet anti-retour, qui évite à la matière fondue de reculer dans la vis au moment de l’injection. Le remplissage du moule s’en trouve ainsi optimisé.

Les mouvements et phénomènes successifs, qui ont lieu dans une vis de plastification d’une machine d’injection moulage, sont résumés dans les Figure 17 et Figure 18. Barrel : fourreau

Screw : vis

Open discharge : écoulement libre Blocked flow : écoulement bloqué

57 Figure 17. Mélange et écoulement d’un plastique dans une vis de plastification (Rosato, 2000).

Figure 18. Principe de fonctionnement standard d’une vis de plastification sur un plastique à injecter (Rosato, 2000).