Des silicones à deux composants parfaitement dosés

L’étude des matériaux & l’optimisation de leur traitement

La géométrie spécifique des doseurs garantit un dosage sans pulsation, ce qui est important pour le contrôle précis des rapports de mélange.

La géométrie spécifique des doseurs garantit un dosage sans pulsation, ce qui est important pour le contrôle précis des rapports de mélange.

Le silicone est devenu l’un des matériaux d’assemblage les plus polyvalents. Il peut être utilisé dans un grand nombre d’applications. Bien que de nombreux utilisateurs ne le connaissent que sous la forme de « silicone pour joints » dans le domaine de la plomberie, ce matériau a un potentiel d’utilisation beaucoup plus important. Le développement des silicones ouvre de nouvelles applications dans l’industrie pour de futures méthodes de production. Mais le développement de nouveaux produits et de nouvelles méthodes de production signifie que les utilisateurs sont constamment confrontés à de nouvelles exigences envers les propriétés du silicone.

Cependant, l’extension des propriétés de ses matériaux nécessite également en parallèle le développement de systèmes de traitement pour ces nouvelles applications dans les process de production. Cela s’applique à la manipulation des produits à un et à deux composants. En raison de la polyvalence des propriétés des matériaux, les caoutchoucs de silicone à deux composants sont de plus en plus souvent utilisés dans les applications industrielles. Ces silicones sont des polysiloxanes à longue chaîne – principalement sous forme plastique – qui sont vulcanisés en un caoutchouc élastique par addition ou condensation.  Leurs principales caractéristiques sont la résistance aux températures élevées, une bonne densité de diffusion, une résistance chimique élevée et une conductivité thermique réglable. Ils sont principalement utilisés dans les industries automobile et électronique, mais aussi, de plus en plus, dans l’industrie pharmaceutique et orthopédique.

Un développement de produit très intéressant concerne les silicones à deux composants, dans lesquels la dureté du matériau (« dureté Shore ») sous forme vulcanisée peut être modifiée en contrôlant le rapport de mélange, par exemple dans la technologie médicale. Dans la fabrication de prothèses, de supports et semelles orthopédiques pour voûtes plantaires, ce silicone peut être utilisé pour fixer différentes plages de dureté dans un produit.

Pour mettre en œuvre efficacement ce contrôle de la dureté du matériau dans un process de fabrication, le système de dosage utilisé doit garantir un réglage facile du rapport de mélange en adéquation avec le profil de dureté du matériau lors de son application.

Les systèmes des pompes utilisées

Dans un système de dosage avec pompes à engrenages, les rapports de mélange peuvent être ajustés en modifiant la vitesse de rotation des engrenages via un logiciel, mais cela nécessite un contrôle sophistiqué. La quantité dosée appliquée n’est pas linéaire par rapport au changement de vitesse, en raison du comportement de reflux de ce système de pompe. Le quantité dosée réelle doit être mesurée par un compteur volumétrique et renvoyée au système. Cela signifie que les pompes de dosage réajustent le process de dosage réel avec un certain décalage. Ces écarts de dosage augmentent à mesure que les quantités à doser diminuent et que la précision de dosage requise augmente.

Grâce au principe de dosage volumétrique, les systèmes de dosage à piston ne nécessitent aucun réglage continu sophistiqué et fonctionnent avec un système moins complexe. Cependant, dans les systèmes de pompes à piston simples, le fait que chaque variation du rapport de mélange ne puisse être obtenue que par un ajustement du système côté matériel, cela a un effet limitatif. La solution consiste à ajuster la course du piston à l’aide de butées mécaniques (barres) ou par le remplacement complet du piston de dosage. Ces adaptations du matériel entraînent des travaux de conversion coûteux, des coûts de remplacement des pièces et un temps d’arrêt plus long du système.

Un autre inconvénient des systèmes de dosage à piston est le temps de production effectivement limité, causé par le remplissage absolument indispensable du volume du piston avec du fluide. En raison de ce cycle de dosage et de remplissage du piston dépendant du système, seule un dosage pulsé et non continu du fluide est possible. Le temps de remplissage du piston augmente avec l’augmentation de la viscosité du produit.

Une mise en œuvre optimale grâce aux pompes à piston sans fin

Le principe du piston sans fin garantit une précision de dosage maximale, même en cas de fluctuation de la viscosité du fluide, et a fait ses preuves pour un réglage flexible et précis des rapports de mélange de deux composants dans un cycle de dosage.

Le principe du piston sans fin garantit une précision de dosage maximale, même en cas de fluctuation de la viscosité du fluide, et a fait ses preuves pour un réglage flexible et précis des rapports de mélange de deux composants dans un cycle de dosage.

Les meilleurs résultats – en termes de qualité et de coût – pour l’application de rapports de mélange variables peuvent être obtenus grâce à des systèmes de dosage qui offrent une grande précision dans les quantités de composants dosées, sans mécanismes de contrôle coûteux, combinés à une configuration de logiciel permettant de gagner du temps et de l’argent. Pour un réglage souple et précis des rapports de mélange de deux composants dans un cycle de dosage, le principe du piston sans fin appliqué par ViscoTec s’est avéré être une technologie éprouvée.

Cette méthode est basée sur un principe de dosage volumétrique qui offre une précision de dosage exceptionnelle même en cas de fluctuation de la viscosité du fluide. L’interaction entre le rotor et le stator crée des chambres fermées avec des volumes identiques qui ne changent pas pendant le process de dosage. La géométrie particulière du doseur garantit un dosage sans pulsation, essentiel pour un contrôle précis des rapports de mélange. Le fluide est transporté dans la pompe en suivant un flux régulier et continu dans un même sens.

Selon la configuration des systèmes de dosage à deux composants, deux pompes de dosage sont fixées directement à une tête de mélange, l’une à côté de l’autre, en forme de V ou debout l’une à côté de l’autre. Dans cette tête de mélange avec espace mort optimisé (image 1), les composants A et B du silicone sont acheminés vers le mélangeur statique par deux canaux séparés. La conception spéciale de l’ouverture de sortie prolonge le chemin d’alimentation séparé pour les composants dans le tube de mélange statique et empêche de manière fiable une réaction de durcissement directe dans la tête de mélange elle-même. La fixation des pompes de dosage directement au niveau de la tête de mélange et l’utilisation de courtes distances de dosage aux sorties des pompes éliminent les imprécisions de dosage qui peuvent autrement se produire en raison de pressions incontrôlables dues aux longues distances de transport. Les rapports de mélange spécifiés peuvent être maintenus avec une grande précision grâce à la conception du système décrite.

La technologie de pompe excentrique utilisée fonctionne de manière strictement volumétrique. À chaque tour de pompe, un volume fixe de fluide est toujours dosé. Avec une vitesse définie en U par unité de temps, on détermine un débit en ml par unité de temps. Il existe une correspondance linéaire entre la vitesse du doseur et la quantité dosée, c’est-à-dire que le double de la vitesse entraîne le double du volume de dosage instantanément. Cette précision volumétrique est obtenue avec une fiabilité exceptionnelle et sans pulsation, même en cas de fluctuations de la viscosité. Dans le système de dosage à deux composants décrit, le rapport de mélange souhaité pour le silicone à deux composants est déterminé à partir du volume de dosage par canal. La vitesse de rotation des moteurs des pompes de dosage est contrôlée par un signal analogique. La quantité dosée est mise à disposition à la sortie de la pompe avec un volume précis et linéaire par rapport au signal de commande analogique réglé. Grâce à ce principe de fonctionnement, le système offre la possibilité technique de modifier continuellement la quantité de dosage par unité de temps à tout moment du process de dosage et d’utiliser des programmes de quantité, pour une conception variable des rapports de mélange lors de dosage des fluides. En fonction de la précision de dosage du système, les changements dynamiques du rapport de mélange lors de l’application du matériau sont obtenus par un contrôle variable de la quantité de dosage individuelle pour chaque canal.

Écran tactile multifonctionnel

Écran tactile multifonctionnel

Le concept de contrôle du système de dosage bi-composants 2K prévoit 2 interfaces. Les unités d’entraînement peuvent être commandées soit par des signaux externes provenant d’un contrôleur de niveau supérieur dans un système d’automatisation, soit par le contrôleur de dosage bi- composants spécialement développé par ViscoTec. Tous les paramètres de base du process, tels que le rapport de mélange, la vitesse de dosage et la quantité de dosage, sont préréglés et calibrés dans le contrôleur ViscoTec. Grâce à la gestion intégrée des programmes, différents rapports de mélange et donc les propriétés des produits peuvent être préréglés, mémorisés et appelés en quelques clics sur l’écran tactile.

Outre le réglage de ces paramètres de base, le contrôleur ViscoTec fournit une vaste gamme de paramètres de process réglables qui permettent une production entièrement automatisée et garantissent une qualité de produit stable.  Il est également possible, entre autres, de définir et de contrôler les pressions d’entrée des doseurs et les pressions de dosage. Si les limites définies par l’utilisateur sont dépassées, une indication visuelle apparaît sur l’écran et un signal électrique est transmis à des dispositifs externes.

La fonction intégrée de gestion des programmes permet de prérégler, de mémoriser et d'activer en quelques clics sur l'écran tactile différents rapports de mélange et les propriétés des produits.

La fonction intégrée de gestion des programmes permet de prérégler, de mémoriser et d’activer en quelques clics sur l’écran tactile différents rapports de mélange et les propriétés des produits.

Des paramètres supplémentaires sont disponibles, permettant de spécifier par exemple la durée de vie en pot du produit ou d’ajuster le temps avant le prochain rinçage. Si au moins x fois le volume de remplissage du mélangeur statique a été dosé pendant la durée de vie en pot fixée, le système génère un message d’erreur. Cela garantit qu’aucun matériau déjà en réaction ne soit utilisé et cela empêche un durcissement dans le mélangeur statique. L’utilisation du paramètre de temps avant le prochain rinçage permet au contrôleur de lancer un rinçage avant que la durée de vie en pot ne soit écoulée. En envoyant un signal à un contrôleur externe, le système peut se déplacer vers une position d’axe définie pour le rinçage. Par exemple, pour éviter une consommation excessive de silicone pour les rinçages lors d’un arrêt important du système, un nombre maximal de rinçages – c’est-à-dire une limite sur le nombre de rinçages à effectuer – peut être défini. Une fois cette quantité maximale atteinte, le contrôleur génère un message d’erreur et aide le personnel de maintenance à gérer correctement le système.

Le principe du piston sans fin de ViscoTec est utilisé non seulement dans les systèmes de dosage bi-composants 2K, mais aussi dans les systèmes d’extraction et de traitement des matériaux. Les lignes d’alimentation en matériaux sont conçues pour des systèmes bi-composants 2K avec des canaux parallèles pour les composants A et B. Ainsi, ViscoTec garantit un traitement uniforme et de haute qualité des silicones avec la technologie décrite ci-dessus tout au long du process, de l’extraction du fluide jusqu’à son dosage.