Comment sélectionner le bon pelletiseur pour votre machine de pelletisation du plastique

Les pellets peuvent être « seulement » un produit intermédiaire, mais leur taille, leur forme et leur consistance importent dans les opérations de transformation ultérieures.
Cela devient encore plus important si l’on considère les exigences toujours croissantes imposées aux préparateurs. Quel que soit l’équipement dont ils disposent actuellement, il ne semble jamais adapté au prochain défi. Un nombre croissant de produits peut nécessiter une capacité supplémentaire. Un nouveau polymère ou additif peut être trop résistant, mou ou corrosif pour l'équipement existant. Ou peut-être que le travail nécessite une forme de pellet différente. Dans de tels cas, les préparateurs ont besoin d’un savoir-faire technique approfondi en matière de traitement et d’une coopération étroite avec leur fournisseur d’équipement de granulation.
La première étape pour relever de tels défis commence par la sélection des équipements. La classification la plus courante des procédés de granulation comprend deux catégories, différenciées par l'état de la matière plastique au moment de sa découpe :
•Pelletage par fusion (coupe à chaud) : fusion provenant d'une filière qui est presque immédiatement découpée en granulés qui sont transportés et refroidis par un liquide ou un gaz ;
• Pelletage de brins (coupe à froid) : la matière fondue provenant d'une tête de filière est transformée en brins qui sont découpés en pellets après refroidissement et solidification.
Les variations de ces processus de base peuvent être adaptées aux propriétés spécifiques du matériau d'entrée et du produit dans la production de composés sophistiqués. Dans les deux cas, des étapes de processus intermédiaires et différents degrés d’automatisation peuvent être intégrés à n’importe quelle étape du processus.
Pour trouver la meilleure solution pour vos besoins de production, commencez par évaluer le statu quo, ainsi que par définir les besoins futurs. Élaborer une projection sur cinq ans des matériaux et des capacités requises. Les solutions à court terme s’avèrent très souvent plus coûteuses et moins satisfaisantes après un certain temps. Même si presque toutes les lignes de granulation d'un préparateur doivent traiter une variété de produits, un système donné ne peut être optimisé que pour une petite gamme de l'ensemble de la gamme de produits.
Par conséquent, tous les autres produits devront être traités dans des conditions de compromis.
La taille du lot, combinée à la capacité nominale du système, aura un impact très important sur le processus de granulation et le choix des machines. Étant donné que les lots de production composés ont tendance à être plutôt petits, la flexibilité de l’équipement est souvent un gros problème. Les facteurs incluent un accès facile pour le nettoyage et l'entretien et la capacité de passer simplement et rapidement d'un produit à l'autre. Le démarrage et l'arrêt du système de granulation doivent impliquer un minimum de gaspillage de matériau.
Une ligne utilisant un simple bain-marie pour le refroidissement des brins constitue souvent la première option pour les usines de mélange. Cependant, la configuration individuelle peut varier considérablement en raison des exigences de débit, de flexibilité et du degré d'intégration du système. Lors de la granulation de brins, les brins de polymère sortent de la tête de filière et sont transportés dans un bain-marie et refroidis. Après que les brins quittent le bain-marie, l'eau résiduelle est essuyée de la surface au moyen d'une lame d'air aspirante. Les brins séchés et solidifiés sont transportés vers le granulateur, puis tirés dans la chambre de coupe par la section d'alimentation à une vitesse de ligne constante. Dans le granulateur, les brins sont coupés entre un rotor et un couteau de lit en granulés à peu près cylindriques. Ceux-ci peuvent être soumis à un post-traitement comme une classification, un refroidissement supplémentaire, un séchage et un transport.
Si l’exigence concerne une préparation continue, impliquant moins de changements de produits et des capacités relativement élevées, l’automatisation peut s’avérer avantageuse pour réduire les coûts tout en augmentant la qualité. Une telle ligne de pelletisation automatique de brins peut utiliser une variante à toronnage automatique de ce type de pelletiseur. Celui-ci se caractérise par un toboggan d'eau de refroidissement et une bande transporteuse perforée qui remplacent l'auge de refroidissement et la ligne d'évaporation et assurent un transport automatique vers le granulateur.
Certains composés polymères sont assez fragiles et se cassent facilement. D'autres composés, ou certains de leurs ingrédients, peuvent être très sensibles à l'humidité. Pour de tels matériaux, le granulateur à bandes à convoyeur à bande est la meilleure réponse. Un tapis transporteur perforé récupère les brins de la filière et les transporte en douceur vers la coupeuse. Diverses options de pulvérisation d'eau de refroidissement, de brumisateurs, de matrices Venturi à air comprimé, de ventilateur à air ou de combinaisons de ceux-ci permettent une grande flexibilité.

QUAND ALLER SOUS-MARIN
Lorsque la forme préférée des pellets est plus sphérique que cylindrique, la meilleure alternative est une fraise sous-marine à face chaude. Avec une capacité allant d'environ 20 lb/h à plusieurs tonnes/h, ce système est applicable à tous les matériaux à comportement thermoplastique. En fonctionnement, le polymère fondu est divisé en un anneau de brins qui s'écoulent à travers une filière annulaire dans une chambre de découpe inondée d'eau de traitement. Une tête de coupe rotative dans le courant d'eau coupe les brins de polymère en granulés qui sont immédiatement évacués hors de la chambre de coupe. Les pellets sont transportés sous forme de bouillie vers le séchoir centrifuge, où ils sont séparés de l'eau par l'impact des pales rotatives. Les pellets secs sont déchargés et livrés pour un traitement ultérieur. L'eau est filtrée, tempérée et recirculée dans le processus.
Les principaux composants du système (tête de coupe avec chambre de coupe, plaque filière et vanne de démarrage, le tout sur un châssis de support commun) constituent un ensemble majeur. Tous les autres composants du système, tels que le circuit d'eau de traitement avec by-pass, l'évacuation de la chambre de coupe, le voyant, le sécheur centrifuge, le filtre à bande, la pompe à eau, l'échangeur thermique et le système de transport, peuvent être sélectionnés parmi une gamme complète d'accessoires et combinés dans un système spécifique à la tâche.
Dans chaque système de granulation sous-marin, un équilibre de température fragile existe au sein de la chambre de découpe et de la plaque filière. La plaque de filière est à la fois refroidie en continu par l'eau de traitement et chauffée par les réchauffeurs de tête de filière et le flux de matière thermofusible. La réduction de la perte d'énergie de la plaque filière vers l'eau de traitement permet d'obtenir des conditions de traitement beaucoup plus stables et une qualité de produit accrue. Afin de réduire cette perte de chaleur, le processeur peut choisir une plaque de puce thermiquement isolante et/ou passer à une puce chauffée par fluide.
De nombreux composés sont très abrasifs, ce qui entraîne une usure importante des pièces de contact telles que les pales en rotation et les tamis filtrants du sécheur centrifuge. D'autres composés peuvent être sensibles aux impacts mécaniques et générer un excès de poussière. Pour ces deux matériaux spéciaux, un nouveau type de séchoir à granulés dépose les granulés humides sur une bande transporteuse perforée qui traverse une lame d'air, aspirant efficacement l'eau. L'usure des pièces de la machine ainsi que les dommages aux pellets peuvent être considérablement réduits par rapport à un séchoir à impact. Compte tenu du court temps de séjour sur la bande, une sorte de séchage post-déshydratation (comme avec un lit fluidisé) ou un refroidissement supplémentaire est généralement nécessaire. Les avantages de cette nouvelle solution de séchage des pellets sans impact sont les suivants :
• Coûts de production réduits grâce à la longue durée de vie de toutes les pièces entrant en contact avec les pellets.
•Manipulation douce des pellets, qui garantit une qualité de produit élevée et moins de génération de poussière.
•Consommation d'énergie réduite car aucun apport d'énergie supplémentaire n'est nécessaire.

AUTRES PROCÉDÉS DE granulation
Certains autres procédés de granulation sont plutôt inhabituels dans le domaine du mélange. Le moyen le plus simple et le moins coûteux de réduire les plastiques à une taille appropriée pour un traitement ultérieur pourrait être une simple opération de broyage. Cependant, la forme et la taille des particules qui en résultent sont extrêmement incohérentes. Certaines propriétés importantes du produit subiront également une influence négative : la densité apparente diminuera considérablement et les propriétés d'écoulement libre de la matière seront très mauvaises. C'est pourquoi un tel matériau ne sera acceptable que pour des applications de moindre qualité et devra être commercialisé à un coût plutôt bas.
Le découpage en dés était un processus courant de réduction de taille depuis le début du 20e siècle. L'importance de ce procédé n'a cessé de diminuer depuis près de 30 ans et ne représente actuellement qu'une contribution négligeable aux marchés actuels des pellets.
La pelletisation sous-marine des brins est un processus automatique sophistiqué. Mais cette méthode de production est principalement utilisée dans la production de certains polymères vierges, comme les polyesters, les nylons et les polymères styréniques, et n'a pas d'application courante dans les mélanges actuels.
La granulation refroidie par air est un procédé applicable uniquement aux produits non collants, notamment le PVC. Mais ce matériau est plus souvent mélangé dans des mélangeurs discontinus avec chauffage et refroidissement et déchargé sous forme de mélanges secs. Seules des quantités négligeables de composés de PVC sont transformées en pellets.
La granulation à l'anneau d'eau est également une opération automatique. Mais il ne convient également qu'aux matériaux moins collants et trouve sa principale application dans le recyclage des polyoléfines et dans quelques applications mineures en matière de mélange.

INFLUENCE SUR LES PROPRIÉTÉS DU PRODUIT

Le choix du bon procédé de granulation implique de prendre en compte bien plus que la forme des granulés et le volume de production. Par exemple, la température des granulés et l'humidité résiduelle sont inversement proportionnelles ; c'est-à-dire que plus la température du produit est élevée, plus l'humidité résiduelle est faible. Certains composés, comme de nombreux types de TPE, sont collants, notamment à des températures élevées. Cet effet peut être mesuré en comptant les agglomérats - jumeaux et multiples - dans une masse de granulés.
Dans un système de granulation sous-marin, de tels agglomérats de granulés collants peuvent être générés de deux manières. Premièrement, immédiatement après la coupe, la température de surface des pellets n'est que d'environ 50° F au-dessus de la température de l'eau de traitement, tandis que le cœur du pellet est encore en fusion, et la température moyenne des pellets n'est que de 35° à 40° F en dessous de la température de fusion. Si deux pellets entrent en contact, ils se déforment légèrement, créant une surface de contact entre les pellets qui peut être exempte d'eau de traitement. Dans cette zone de contact, la peau solidifiée refondra immédiatement en raison de la chaleur transportée par le noyau fondu, et les pastilles fusionneront les unes aux autres.
Deuxièmement, après la décharge des pellets du séchoir, la température de surface des pellets augmente en raison du transport de chaleur du noyau vers la surface. Si des pellets TPE souples sont stockés dans un récipient, les pellets peuvent se déformer, les surfaces de contact chaudes entre les pellets individuels deviennent plus grandes et l'adhérence augmente, conduisant à nouveau à des agglomérats. Ce phénomène est probablement intensifié avec des granulés de plus petite taille, par exemple des micro-granulés, puisque le rapport surface/volume augmente avec un diamètre plus petit.
L'agglomération des granulés peut être réduite en ajoutant une substance semblable à de la cire à l'eau de traitement ou en poudrant les surfaces des granulés immédiatement après le séchoir à granulés.
Effectuer un certain nombre de tests de granulation à un débit constant vous donnera une idée de la température maximale pratique des granulés pour ce type de matériau et cette taille de granulés. Tout ce qui dépasse cette température augmentera la quantité d'agglomérats, et tout ce qui est en dessous de cette température augmentera l'humidité résiduelle.
Dans quelques cas, l’opération de granulation peut s’avérer inutile. Cela n'est vrai que dans les applications où les polymères vierges peuvent être convertis directement en produits finis, par exemple par extrusion directe d'une feuille de PET à partir d'un réacteur polymère. Toutefois, si la combinaison d’additifs et d’autres ingrédients ajoute une réelle valeur, la conversion directe n’est pas possible. Si la granulation est nécessaire, il est toujours préférable de connaître vos options.
À PROPOS DE L'AUTEUR
Horst Mueller a rejoint Automatik Plastics Machinery GmbH, l'un des principaux fabricants allemands d'équipements de granulation de plastique, en 1997. Mueller est impliqué dans l'ingénierie, le développement, la normalisation, l'administration de la propriété intellectuelle, la documentation et le marketing.