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Aperçu de la technologie d’extrusion plastique

Cet article dévoile les aspects complexes du processus d'extrusion du plastique, depuis ses principes fondamentaux à ses applications les plus répandues.

L’extrusion plastique est un processus de fabrication fondamental dans l’industrie des plastiques. Cette méthode transforme la matière plastique brute en un profil continu, réalisant différentes formes et tailles pour répondre à diverses applications.

Historiquement, cette technologie a joué un rôle central dans le renforcement du secteur des plastiques, stimulant l’innovation et l’évolutivité. Ses origines remontent au début du 19ème siècle, lorsque les innovateurs ont commencé à explorer le potentiel de remodelage des matériaux plastiques. De nos jours, l’extrusion plastique reste un procédé efficace de fabrication à haut volume pour des produits en plastique tels que des conduits, des tuyaux et des garnitures. 

Qu’est-ce que l’extrusion plastique ?

À la base, l’extrusion plastique est un procédé de fabrication qui donne des produits homogènes avec des sections transversales uniformes. Les extrudeuses en plastique peuvent se présenter sous diverses formes ouvertes et fermées. La forme la plus couramment utilisée est un simple anneau ou un profil carré utilisé dans les applications de tubes et de tuyauteries, généralement conçu pour répondre aux normes spécifiques de l’industrie afin de rendre le tube compatible avec des raccords et autres composants.

Grâce à la chaleur et à la pression, les matières thermoplastiques se transforment en formes spécifiques, le tout étant rendu possible grâce à un système de composants méticuleusement conçus :

  • Trémie : agissant comme point de départ, la trémie contient des granulés de plastique, les préparant pour le traitement à venir. 
  • Goulotte d’alimentation : ce composant achemine efficacement le plastique depuis la trémie, le dirigeant vers le fût chauffé en attendant d’autres mesures.
  • Fût : À l’intérieur des limites chauffées du fût, les bords du plastique se rapprochent de leur point de fusion. Ici, une vis rotative propulse le matériau ramolli vers le tuyau d’alimentation.
  • Plaque du filtre : La plaque de filtre filtre stratégiquement les matériaux du fût. Outre son rôle de filtre, elle est essentielle pour préserver la pression requise au sein du système.
  • Filière : La filière est l’élément déterminant du processus. Le plastique fondu prend la forme de la filière, se transformant en le profil souhaité.
  • Tuyau d’alimentation : Cet élément sert un objectif fondamental, agissant comme un chemin pour le plastique presque liquéfié sortant du fût.
  • Réservoir de refroidissement : Cette phase finale est cruciale. Le plastique fraîchement formé subit un système de refroidissement rapide, se solidifiant et conservant sa nouvelle forme.
Le processus continu d'extrusion plastique expliqué
Le processus continu d’extrusion plastique expliqué

Comment fonctionne l’extrusion de plastique ?

Le processus d’extrusion du plastique fonctionne comme suit : 

  1. Préparation des matériaux : Le plastique brut, principalement sous forme de granulés ou de billes, prépare le terrain pour le processus d’extrusion du plastique. Généralement contenue dans une trémie, ce plastique est acheminé dans l’extrudeuse de plastique par une entrée. Au fur et à mesure que ces billes rencontrent la vis à l’intérieur, leur transformation commence, et elles fondent progressivement.
  2. Fusion et transport :À l’intérieur de l’extrudeuse, comprenant une chambre chauffée et une vis en rotation constante, le plastique subit des altérations importantes. Cette vis rotative, bien que contrôlée avec précision, peut atteindre des vitesses allant jusqu’à 120 tr/min. Sa rotation transporte les billes de plastique et les soumet à la chaleur de la chambre. Par conséquent, le mélange de cette chaleur et du frottement causé par l’action de la vis liquéfient le plastique, avec des températures souvent comprises entre 200 et 275 °C. Après cela, le plastique fondu rencontre un système de filtration, expulsant les impuretés, soutenu par une plaque de filtre qui résiste même à des pressions dépassant 34 MPa.
  3. Processus d’extrusion : après le rigoureux processus de fusion et de mélange, le plastique fondu se fraye un chemin à travers une filière ou un moule adapté à l’extrémité de l’extrudeuse. Cette étape cruciale confère au plastique la forme de matrice ou de moule souhaitée, finalisant ainsi ses dimensions.
  4. Refroidissement et dimensionnement : En sortant de la filière, le plastique se retrouve dans un réservoir de refroidissement. Ici, des systèmes d’air ou d’eau entrent en jeu, dissipant la chaleur et rendant le plastique solide sous sa nouvelle forme. Pour assurer la perfection de sa forme, des équipements de dimensionnement pourraient être mis en œuvre et confirmer le respect de dimensions spécifiques.
  5. Roulage et découpe : Des rouleaux ou des mécanismes équivalents « transportent » ou tirent le plastique transformé, assurant son mouvement sans entrave à la bonne vitesse et tension tout au long du processus. Le profil extrudé est ensuite segmenté en longueurs précises, cette tâche étant exécutée par des outils de découpe ou des scies.
  6. Traitement ultérieur : au-delà des étapes principales, certains produits extrudés nécessitent une attention particulière. Ces améliorations peuvent comprendre des traitements de surface ou la fusion de composants supplémentaires à la forme extrudée.
  7. Inspection et contrôle qualité : à ce stade, les profilés en plastique extrudé font l’objet d’examen méticuleux. Ici, toute anomalie, tout écart de dimensions et autres paramètres de qualité sont examinés attentivement.
Machine extrudeuse pour l'extrusion de matière plastique
Machine extrudeuse pour l’extrusion de matière plastique

Matériaux d’extrusion plastique

Le choix du matériau dépend essentiellement des attributs souhaités du produit final, qu’il s’agisse de la résistance, de la teinte, de l’élasticité ou autres. Les matériaux les plus couramment utilisés sont les suivants : 

Styrène-acrylonitrile-butadiène (ABS)

La formation de l’ABS utilise des techniques de polymérisation qui lui confèrent une robustesse dépassant celle du polystyrène. Son mélange unique lui confère un lustre étanche, garantissant une résistance aux températures extrêmes. En raison de sa durabilité et de son attrait esthétique, l’ABS est universel dans les domaines de l’électronique grand public et des composants automobiles.

Polyéthylène (PE)

Thermoplastique très apprécié, le polyéthylène offre une flexibilité associée à une résistance chimique remarquable. Notamment utilisé dans la création de conteneurs, de tuyaux et de films d’emballage, il offre un mélange impressionnant d’adaptabilité de couleurs, de résistance et de résilience dans les climats plus froids.

Polypropylène (PP)

Apprécié pour sa résistance chimique, le polypropylène trouve de nombreuses applications, allant des composants automobiles aux emballages. Il présente un équilibre harmonieux entre polyvalence des couleurs, endurance aux chocs et performances à des températures réduites.

Polychlorure de vinyle (PVC)

Le PVC se distingue par sa vaste gamme d’applications et sa nature rentable. Alors que le PVC flexible est synonyme d’adaptabilité et de résistance aux intempéries, son homologue rigide excelle en termes de stabilité et d’endurance aux chocs, ce qui en fait un excellent substitut aux matériaux traditionnels comme le bois et le métal dans des produits tels que les fenêtres ou les unités de réfrigération.

Polystyrène (PS)

Reconnu pour sa rigidité et sa légèreté, le polystyrène demeure le choix privilégié pour l’isolation, les emballages essentiels et la vaisselle jetable.

Polyamide (PA ou nylon)

Le nylon, un thermoplastique robuste, se distingue par sa puissance mécanique. Xometry a souvent mis en évidence ses nombreuses applications, allant des textiles jusqu’à des composants automobiles complexes.

Polycarbonate (PC)

La transparence et la résistance aux chocs du polycarbonate en font un matériau de choix dans les industries valorisant la clarté optique. Outre sa durabilité et sa flexibilité en matière de couleur, il se développe à des températures variées, ce qui explique sa présence dans des secteurs comme l’automobile et l’électronique.

Polyéthylène téréphtalate (PET)

Principalement utilisée dans le secteur des aliments et des boissons, l’application principale du PET tourne autour de l’emballage. Cependant, sa polyvalence ne s’arrête pas là ; elle s’étend aux textiles et à certains aspects de l’ingénierie.

Polymère pour tuyaux
Polymère pour tuyaux

Tableau comparatif

Nom du matériauStabilité thermiqueRésistance chimiqueRésistance aux UVRigiditéCoût
ABSPassableMédiocreMédiocreÉlevéMoyenne
PVCMédiocreMédiocreMédiocreVarieMoyenne
Polyéthylène à faible densité (LDPE)MédiocreBonneMédiocreMédiocreFaible
Polyéthylène à haute densité (HDPE)PassableExcellentPassableÉlevéFaible
PETMédiocreBonneBonneMoyenneMoyenne
PE UHMWMédiocreBonneMédiocreMoyenneFaible
Polypropylène (PP)ExcellentExcellentMédiocreÉlevé
Nylon (PA)ExcellentExcellentPassableÉlevéÉlevé
Polycarbonate (PC)ExcellentPassableExcellentÉlevéÉlevé

Types de processus d’extrusion de plastique

Extrusion de tubes

Processus d'extrusion de tubes
Procédé d’extrusion de tubes (Source : researchgate.net)

L’extrusion de tubes est dédiée à la formation de tubes ou d’objets creux allongés. Cependant, la technique reste cohérente jusqu’à la filière.  À ce stade critique, une application stratégique de la pression positive interne garantit un processus fluide, surmontant ainsi les demandes d’énergie typiques associées aux objets creux.

Extrusion de film par soufflage

Processus d'extrusion de film par soufflage
Procédé d’extrusion de film par soufflage (Source : europlas.com.vn)

Au cœur de la production d’articles tels que des sacs à provisions et certains matériaux d’emballage, l’extrusion-soufflage se distingue. Alors que les étapes initiales reflètent les modèles d’extrusion typiques, une différence se produit au niveau de la filière. 

Le matériau extrudé forme un tube, qui est ensuite gonflé avec de l’air pour créer une bulle. Cette bulle est soigneusement étirée et refroidie, ce qui donne un film plastique continu et mince. Le film se déplace ensuite entre des rouleaux pinceurs qui appliquent une pression contrôlée, assurant une épaisseur uniforme et facilitant le processus de refroidissement. Cette technique se limite aux films plastiques minces, ce qui signifie que les feuilles plus épaisses nécessitent des processus alternatifs.

Extrusion de film en feuille

Processus d'extrusion de film en feuille
Procédé d’extrusion de film en feuille (Source : shop71003.sosoutremer.org)

Souvent considéré comme un processus associé à l’extrusion de film par soufflage, l’extrusion de film en feuille se concentre sur les pièces qui dépassent l’épaisseur adaptée à l’extrusion par soufflage. Ce procédé convient particulièrement aux feuilles de plastique plates avec une large gamme d’applications.

La matière première, sous forme de billes, est fondue puis forcée à travers une filière plate et fendue. Le plastique extrudé se présente sous la forme d’une feuille continue, qui est ensuite refroidie et solidifiée. Le processus de refroidissement implique souvent le passage de la feuille à travers une série de rouleaux de refroidissement. À la sortie de la filière, le matériau subit un processus méticuleux de traction et de laminage. 

Cette action confère la forme souhaitée et facilite le refroidissement, entraînant une solidification permanente. La feuille de plastique résultante peut ensuite être traitée davantage ou découpée en différentes formes pour des applications telles que l’emballage, la signalisation et les matériaux de construction.

Avantages de l’extrusion plastique

  • Rentabilité : L’extrusion de plastique se distingue principalement par sa rentabilité. Lorsqu’elle est comparée à d’autres techniques de fabrication, en particulier le moulage par injection, l’extrusion présente un avantage économique évident. La simplicité du processus d’extrusion, sans besoin d’outillage complexe, se traduit par des réductions de coûts tangibles. De plus, la capacité des machines d’extrusion à fonctionner sans interruption garantit une production constante. 
  • Flexibilité : La polyvalence offerte par l’extrusion est vraiment inégalée. Le procédé peut mouler du plastique sans problèmes en différentes formes et profils tant qu’une section transversale uniforme est maintenue. Cela signifie qu’une vaste gamme de produits, des formes complexes aux feuilles et tuyaux standard, peut être fabriquée efficacement à l’aide de cette méthode. Cette liberté permet aux industries d’innover et de personnaliser en fonction de l’évolution des demandes du marché.
  • Taux de production élevé : L’absence d’arrêts dans le fonctionnement de la machine assure un flux constant de produits, répondant efficacement aux demandes de volume élevé. Ce modèle de production continue aide les entreprises à maintenir une chaîne d’approvisionnement constante, répondant aux exigences immédiates et futures du marché.
  • Conservation des matériaux : La malléabilité du plastique chaud avant refroidissement est un avantage essentiel. Cette propriété intrinsèque permet des opérations supplémentaires de mise en forme et de redimensionnement, garantissant une utilisation optimale des matériaux et un gaspillage minimal. Une telle approche se vante de l’efficacité de la production et favorise la durabilité et la conservation des ressources.
Atelier avec extrudeuses pour la production de tuyaux en polypropylène
Atelier avec extrudeuses pour la production de tuyaux en polypropylène

Limites de l’extrusion plastique

Bien que l’extrusion plastique présente de nombreux avantages, il est essentiel de tenir compte des limitations suivantes :

  • Contraintes de design : Un inconvénient significatif de l’extrusion plastique est l’imprévisibilité de l’expansion post-extrusion, communément appelée « gonflement en sortie de filière ». Cette expansion imprévisible peut parfois compromettre la précision du produit final, nécessitant d’autres rectifications et ajustements.
  • Inconvénient des matériaux : Bien que l’extrusion plastique permette l’utilisation de matériaux recyclés, cette option n’est pas sans complications. Les plastiques recyclés apportent souvent des impuretés et présentent des caractéristiques inconstantes. De telles incohérences peuvent affecter la qualité globale du produit final.
  • Coûts d’installation : Mettre en place une installation d’extrusion de plastique nécessite un investissement en capital substantiel. Les coûts associés à l’achat de filières, d’extrudeuses et d’autres équipements essentiels, en particulier pour des applications spécialisées, peuvent être élevés.
  • Finition et tolérances : Bien que l’extrusion plastique soit polyvalente, la technique impose certaines restrictions à la gamme de produits que l’on peut fabriquer. Il est essentiel de faire des recherches méticuleuses et éventuellement de consulter des experts pour identifier l’équipement d’extrusion le plus adapté aux besoins spécifiques de votre projet.

Applications de l’extrusion plastique

Emballage

L’extrusion plastique domine le secteur de l’emballage, principalement sous la forme de tuyaux et de tubes. Un exemple typique comprend les tuyaux en PVC. Ces tuyaux, façonnés à l’aide d’une filière à profil cylindrique de base, témoignent de l’utilisation généralisée du procédé d’extrusion dans les emballages.

Construction

Les plastiques extrudés trouvent une application étendue dans la construction de cadres de fenêtres et de portes durables. La nature durable et la résistance inhérente aux rayons UV font des matériaux comme le PVC un choix privilégié. Au-delà des cadres, même les stores et les rideaux incorporent fréquemment des composants extrudés. Par exemple, la célèbre apparence de faux bois dans de nombreux stores est souvent obtenue en utilisant du polystyrène extrudé.

Automobile

L’isolation des fils dans les véhicules repose en grande partie sur l’extrusion de plastique, attribuée aux capacités intrinsèques d’isolation électrique des plastiques. La stabilité thermique et la flexibilité des plastiques les rendent en outre idéaux pour protéger les fils sous tension, assurant un ajustement durable et sûr. Dans le secteur automobile, la longévité et la fiabilité du gainage et de l’isolation extrudés sont primordiales.

Biens de consommation

Le spectre des biens de consommation bénéficiant de l’extrusion plastique est vaste. Considérez le domaine des équipements de nettoyage : des outils comme les essuie-glaces et les raclettes, que les gens utilisent quotidiennement, intègrent souvent des poignées en plastique extrudé. Certains disposent même d’une finition en plastique caoutchouté, améliorant leur efficacité de nettoyage, ce qui témoigne de la polyvalence du processus d’extrusion.

Extrudeuse pour la production de tuyaux en polyéthylène
Extrudeuse pour la production de tuyaux en polyéthylène

Extrusion plastique vs moulage par injection

L’extrusion plastique et le moulage par injection sont des méthodes essentielles dans l’industrie des plastiques, chacune présentant des avantages uniques.

L’extrusion plastique excelle dans la production de profilés continus avec une section transversale constante. Les résultats les plus courants comprennent des tuyaux, des tubes et des feuilles. Cette méthode est privilégiée pour sa simplicité, sa capacité à fonctionner en continu et sa rentabilité, en particulier pour les production à grand volume.

Inversement, le moulage par injection injecte du plastique fondu dans un moule, qui se refroidit et se solidifie. Ce processus est idéal pour produire des articles discrets, souvent avec des détails complexes. Ses points forts sont la précision, l’utilisation simultanée de plusieurs matériaux et la production de composants reproductibles de haute qualité.

Moulage par injectionExtrusion plastique
Fourchette de quantitéDe 50 à 1 000 000> 1
Échantillon+ de 1 mois+ de 2 semaines
Prototypage
Production de gros volumes
Fonctionnel
Esthétique
Géométries complexes
Pièces colorées

Pour choisir entre ces méthodes, tenez compte du volume de production, de la complexité des pièces et du type de produit.

Passez des commandes de production avec extrusion plastique à Xometry

Avec ses nombreux avantages, le processus d’extrusion révolutionne le secteur de la fabrication plastique. Il établit un équilibre harmonieux entre la viabilité économique, la polyvalence du design, l’efficacité de la production et les pratiques durables, s’imposant comme un atout pour les industries modernes.

Pour les entreprises à la recherche de solutions fiables pour la production à faible et moyen volume, Xometry offre des services d’extrusion de plastique de première qualité.

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