Que signifie le « taux d'extrusion » sur une machine à tissu non tissé soufflé par fusion

Sur un Machine à tissu non tissé soufflé par fusion , le taux d'extrusion est le débit de fusion du polymère délivré à la filière. Dans la production quotidienne, il est très utile d’exprimer cela comme suit :

• Débit par trou (g/min/trou) : idéal pour comparer des matrices avec différents nombres de trous.
• Débit par largeur de matrice (kg/h/m) : pratique pour la planification au niveau de la ligne et le contrôle du grammage.
• Sortie totale de l'extrudeuse (kg/h) : pratique, mais cela masque les effets de géométrie de la filière.

L'intention du mot clé " Comment le taux d'extrusion affecte les caractéristiques de la fibre " est fondamentalement une question de bilan de masse : lorsque vous poussez plus de masse de polymère à travers le même système d'atténuation (géométrie de filière à air chaud DCD), la physique de la formation des fibres doit changer à moins que vous n'augmentiez proportionnellement l'énergie d'étirage.

Pourquoi le taux d'extrusion modifie la formation des fibres

1) Débit massique par rapport à l'énergie de dessin disponible

Les fibres fondues sont atténuées par de l'air chaud à grande vitesse. Si la vitesse/température de l'air reste inchangée et que vous augmentez le taux d'extrusion, l'air doit s'étirer plus de masse par unité de temps. Le résultat typique est diamètre moyen des fibres plus grand et un distribution de diamètre plus large à moins que vous n'augmentiez également l'énergie de l'air (température, pression/débit) ou que vous modifiiez les paramètres de la filière/du couteau à air.

2) Temps de séjour et stabilité de la température de fusion

À des vitesses plus élevées, la matière fondue passe moins de temps dans l'extrudeuse et la pompe à matière fondue. Cela peut réduire l’équilibre thermique et augmenter les gradients de température. Si la température de fusion varie à travers la filière, le diamètre des fibres et l'uniformité de la bande varieront sur toute la largeur.

3) Effets de viscosité et d'élasticité

Pour les qualités de PP soufflées par fusion courantes (flux de fusion élevé), de faibles changements de viscosité se traduisent par des changements de diamètre notables. Un taux d'extrusion plus élevé peut augmenter le chauffage par cisaillement dans la filière et modifier la viscosité apparente, ce qui peut favoriser ou nuire à l'atténuation en fonction de la stabilité du contrôle de température. En pratique : si le contrôle de la température de la conduite est strict, un cisaillement plus élevé peut légèrement faciliter l’écoulement ; sinon, cela amplifie la variabilité.

Caractéristiques des fibres les plus sensibles au taux d'extrusion

Diamètre et distribution des fibres

Dans la plupart des installations de fusion-soufflage, l'augmentation du taux d'extrusion dans des conditions d'air constantes augmente le diamètre des fibres. Un exemple pratique souvent observé dans les lignes PP de qualité filtration :

• Dans un état « équilibré », les fibres peuvent être en moyenne ~2 à 4 μm .
• Après une augmentation du débit sans augmenter le tirage d'air, les moyennes peuvent dériver vers ~4 à 7 μm , avec plus de fibres grossières et moins d'ultrafines.

Le décalage exact dépend de la rhéologie du polymère, du diamètre/espacement des trous de filière, de l'espacement des fentes d'air, de la pression/débit d'air et de la distance filière-collecteur (DCD), mais la direction est cohérente : plus de masse avec le même étirage a tendance à produire des fibres plus épaisses.

Grenaille, billes et fibres « cordées »

Lorsque le taux d'extrusion dépasse la capacité d'atténuation, le flux de matière fondue peut ne pas fibriller complètement. Les symptômes comprennent des billes/grenailles (gouttelettes de polymère), des fibres en forme de ruban et un regroupement local de fibres. Une règle opérationnelle utile est que le début du tir coïncide généralement avec :

• Moment d'air insuffisant pour le nouveau débit massique (pression/débit d'air trop faible pour le débit), ou
• Température de fusion trop basse à un rendement plus élevé (fondre trop visqueux pour s'atténuer en douceur).

Uniformité du Web et profil de grammage

Un débit plus élevé augmente le risque de stries de grammage dans le sens travers (CD) si la chute de pression de la filière et la répartition de la température ne sont pas uniformes. En pratique, si la température de la filière ne varie que de quelques degrés, la condition de cadence plus élevée rend souvent les défauts de profil plus visibles car la fenêtre de processus se rétrécit.

Taille des pores et superficie

Les fibres plus grossières réduisent la surface spécifique et augmentent généralement la taille effective des pores. Cela peut être bénéfique pour les médias à circulation d'air, mais cela peut dégrader l'efficacité de la barrière si le produit dépend de fibres fines pour intercepter les particules.

Impact sur les performances de filtration et de barrière

Pour la filtration (médias de masque, CVC, filtres industriels), la distribution du diamètre des fibres est le principal facteur d'efficacité de capture et de chute de pression. Lorsque le taux d’extrusion augmente et que le diamètre des fibres augmente (sans compensation du tirage d’air), les changements typiques sont :

• Efficacité inférieure pour le même grammage (moins d'ultrafins, surface spécifique inférieure).
• Chute de pression plus faible peut se produire (pores plus larges), mais ce n'est pas toujours une victoire si l'efficacité diminue trop.
• Plus de variabilité d'un lot à l'autre si le contrôle de la température/pression est marginal, car un fonctionnement à débit plus élevé resserre souvent la fenêtre stable.

Si la charge par électret est utilisée, le diamètre de la fibre est toujours important : même avec la charge, le passage de fibres principalement d'environ 2 à 4 μm à des fibres d'environ 5 à 8 μm peut réduire la contribution de capture mécanique, forçant des niveaux de charge plus élevés ou un grammage plus élevé pour maintenir le même indice de filtration.

Fenêtres de processus pratiques et à quoi s'attendre à un taux d'extrusion faible ou élevé

Un moyen pratique de définir une fenêtre « sûre » consiste à définir une cible de fibre (par exemple, les médias de filtration donnent souvent la priorité à une fraction élevée d'ultrafines), puis à trouver le taux d'extrusion le plus élevé qui respecte toujours les limites de diamètre/tir lorsque la température/pression de l'air, le DCD et la vitesse du collecteur sont à des points de consigne durables.

Comment régler le taux d'extrusion sans perdre la qualité de la fibre

Lorsque vous augmentez le taux d’extrusion, traitez-le comme un changement coordonné dans l’ensemble du « package d’étirage » du fusion-soufflage. L'objectif est de maintenir la capacité d'atténuation proportionnelle au débit massique afin que les caractéristiques de la fibre restent stables.

Flux de travail de réglage étape par étape

1. Verrouillez d'abord vos paramètres de qualité : plage de diamètres de fibre cible, nombre de tirs maximum autorisé, tolérance de grammage et limites de filtration/perméabilité à l'air.
2. Augmentez le taux d'extrusion par petits incréments (par exemple, 2 à 5 % étapes) tout en maintenant la vitesse du collecteur et les réglages d’air constants pour observer la direction naturelle du changement.
3. Si les fibres grossissent, compensez en augmentant l'énergie d'aspiration : augmentez le débit/la pression d'air primaire et/ou la température de l'air dans les limites de l'équipement, puis revérifiez la répartition des diamètres.
4. Si un tir apparaît, corrigez-le immédiatement : réduisez la vitesse ou augmentez l'élan/la température de l'air ; vérifier également la stabilité de la température de fusion au niveau des zones de filière.
5. Rééquilibrez le grammage : une fois la qualité de la fibre récupérée, ajustez la vitesse du collecteur pour atteindre le g/m² tout en maintenant la nouvelle condition stable de la fibre.

Quels paramètres de la machine évoluent généralement avec le taux d'extrusion

• Température de l'air primaire et débit/pression d'air (ajoute de la puissance d'aspiration).
• Distance filière-collecteur (DCD) et aspiration (affecte le refroidissement, le dépôt et l'ouverture de la bande des fibres).
• Profil de température de fusion et stabilité de la pompe de fusion (réduit la variation du CD à mesure que la production augmente).

À retenir opérationnel : L’augmentation du taux d’extrusion à elle seule augmente rarement la production « gratuitement ». Dans la plupart des cas, le maintien des mêmes caractéristiques de fibre nécessite une capacité aérienne/thermique supplémentaire ou l'acceptation d'une structure de fibre plus grossière.

Liste de contrôle de dépannage lorsqu'un taux d'extrusion plus élevé provoque des défauts

Symptômes courants et causes probables

• Augmentation des grenailles/perles : capacité d'atténuation dépassée ; élan de l'air trop faible ; fondre trop froid/visqueux à la filière.
• Le diamètre des fibres se déplace vers le haut : augmentation du débit sans augmentation proportionnelle de l'énergie de l'air ; dérive de température changeant la viscosité.
• Stries de CD ou groupes heavy : la non-uniformité de la température de filière est amplifiée à un débit plus élevé ; contamination/bouchage partiel ; ondulation de la pompe de fusion.
• Points fusionnés / zones semblables à un film : dépôt trop chaud, DCD court ou flux de masse local excessif provoquant l'atterrissage des fibres avant de se solidifier.

Actions correctives rapides (les plus efficaces en premier)

1. Réduisez le taux d’extrusion jusqu’au dernier point stable et confirmez la disparition des défauts (prouve la limite de capacité par rapport à un bouleversement aléatoire).
2. Augmentez le tirage d'air (débit/pression d'abord, puis température) tout en surveillant le diamètre et la grenaille des fibres.
3. Stabilisez le profil de température de la matrice (vérifiez le contrôle de zone, l’isolation et la précision du capteur sur toute la largeur).
4. Vérifiez la filtration de la matière fondue, l'état du filtre et la propreté de la filière si des stries ou des projections intermittentes persistent.

Que documenter pour contrôler les caractéristiques des fibres à long terme

Pour gérer de manière cohérente l'impact du taux d'extrusion sur les caractéristiques des fibres sur un machine de tissu non tissé soufflé par fusion , capturez une « empreinte digitale de processus » concise pour chaque qualité de produit :

• Taux d'extrusion exprimé en g/min/trou (ou kg/h/m) plus le régime de la pompe de fusion et la pression de la filière.
• Réglage de la température de l’air primaire et de la pression/débit d’air.
• DCD, aspiration, vitesse du collecteur et objectif de grammage.
• Résultats mesurés : diamètre des fibres (moyenne et étendue), nombre de tirs (ou évaluation qualitative), perméabilité à l'air/chute de pression et (le cas échéant) efficacité de filtration.

Lorsque ces entrées sont suivies ensemble, les changements de taux d'extrusion deviennent prévisibles : si un taux plus élevé est requis, vous pouvez planifier à l'avance les ajustements air/thermique correspondants au lieu de réagir aux pertes de qualité après coup.