Choisir la configurationExtrudeuse à granuléspourflocons de plastique recyclésIl s'agit de la seule décision qui définit le plafond de la qualité des granulés, du rendement et des coûts d'exploitation pour toute usine de recyclage. Contrairement à la composition de résine virgin, où la charge est uniforme et sèche, les copeaux recyclés arrivent en fluctuation importante en matière d'humidité, de densité volumique, de contamination et de débit de fusion, ce qui change directement la route de la machine qui aboutira. Un extrudeur à granulés conçu pour les copeaux de bouteilles en PET rigides peut s'avérer défaillant en présence des copeaux souples en LDPE utilisés dans l'agriculture, et une installation à double grappin conçue pour procéder à un désengagement important peut se révéler surdimensionnée et non rentable pour le recyclage de HDPE à mono-compte.

Dans ce guide, nous expliquons comment sélectionner une extrudeuse de granulés pour des copeaux de plastique recyclés en partant des variables d'entrée mesurables du flux de copeaux, puis nous comparons les cinq principaux types de machines : un seul vis avec alimentateur à force, un seul vis avec compacteur à coupe, deux vis en rotation parallèle, deux vis en rotation conique et en sens inverse, et des systèmes tandem à deux étages. Ensuite, nous détaillons les sous-systèmes qui déterminent la qualité des granulés : le dégazage, le filtre de la masse fondante et la changeur de tamis, la pompe de la masse fondante et le procédé de granulation. Enfin, nous traitons des fenêtres de processus, le dépistage des anomalies et le calcul d'énergie pour vous permettre de dimensionner la ligne avec confiance.

Polyretec, une usine de Wanplas, fournit des équipements de recyclage du plastique depuis 2010 et combine le savoir-faire autrichien en matière de processus et l'efficacité de la production chinoise dans le cadre de plus de 100 projets de recyclage conduits dans plus de 50 pays. Les indications suivantes résultent d'expériences pratiques sur les flux de copeaux post-consommation et post-industriels plutôt que d'idéalisations de livres de référence. Lorsque des chiffres spécifiques sont fournis, considérez-les comme des plages de conception typiques qui doivent être confirmées par un essai sur votre propre flux de copeaux. En ce qui concerne les besoins de mélange et d'intégration par deux cylindres, l'usine de Kerke de Wanplas fournit des extrudeurs à deux cylindres co-rotatifs qui s'installe sur les lignes de pelletisation par recyclage.

Variables d'entrée des copeaux recyclés affectant le choix de l'extrudeur

L'extrudeuse à granulation est seulement aussi bonne que le flux d'alimentation qu'elle reçoit. Avant de choisir une quelconque route de fabrication, le flux de flocons doit être caractérisé en fonction de six variables indépendantes, car chacune d'entre elles fait évoluer le design dans une direction différente. Ignorer l'une d'entre elles est la principale raison pour laquelle une ligne nouvellement installée ne parvient pas à atteindre sa capacité nominale.

Famille de matériaux et sa sensibilité thermique

L'identité du polymère définit le plafond de température, la tolérance au cisaillement et la demande de dégazage. Les poudres PET sont hygroscopiques et sensibles au cisaillement ; à une température supérieure à environ 285°C et en présence d'humidité, elles se hydrolisent et perdent leur viscosité intrinsèque. Le HDPE et le PP sont forgés, mais s'oxydent si le temps de séjour est long. Le film plastique agricole en LDPE accueille l'encre, le sol et la silicone et se dégrade si le cisaillement est trop élevé. Le PS et l'ABS sont rigides et friables et nécessitent un contrôle de la température attentif pour éviter la jaunissement. Le PVC, souvent un contaminant dans les flux mixtes, mais aussi une source légitime, est intolérant à la chaleur et au cisaillement et requiert un processus conique ou à double hélice à contre-courant plutôt qu'une ligne à un seul hélice.

Teneur en humidité après lavage

Les flocons lavés ont généralement une humidité résiduelle comprise entre 0,3 et 1,0 %, en fonction de l'étage de séchage et de l'évaporation. Pour le PET, cette humidité doit être descendue en limite de 0,3 % avant que le cange ou l'hydrolyse ne détruise l'IV ; dans le cas du PE et du PP, une faible humidité de surface est évacuée via le dégazage, mais une grande quantité d'humidité inutilisée engendre une perte d'énergie et destabilise la fusion. Le pourcentage d'humidité détermine si vous avez besoin d'un séchoir à cristallisation en amont ou si une trajectoire de dégazage à double vis est acceptable sans humidité.

Densité de volume et le problème de pontage.

La densité volumique détermine la manière dont le hopper et le distributeur doivent être conçus. Les flocons de PET se situent entre 300 et 400 kg par mètre cube et sont distribués presque comme un solide libre. Les flocons de film LDPE, d'autre part, flottent entre 30 et 80 kg par mètre cube et attrapent un volume d'air considérable, formant des ponts dans tout hopper conventionnel et affaiblissant la vis. Les flocons de sac en PP tissé et de fibres se situent entre les deux. Plus la densité volumique est faible, plus il est d'imperatif d'inclure un distributeur coupeur-compacteur ou crammère qui densifie mécaniquement la fournée avant le tamis.

Distribution des tailles des copeaux

La plupart des opérateurs de lignes de lavage fractionnent les flocons à entre 8 et 16 mm. Les flocons plus petits fondent plus rapidement mais entraînent plus d'air et de poussières ; les flocons plus grands sont plus stables à alimenter mais peuvent surcharger un fournisseur de force. La distribution de la taille des flocons interfère également avec le filtre à fusion, car les métaux trop volumineux ou les grues non fusionnées augmentent la surpression et accélèrent la consommation du tamis.

Niveau d'impuretés : métal, papier, PVC et gel

Les flocons après consommation contiennent des métaux, du papier, des étiquettes, du PVC et du siloxane à des niveaux en parties par million qui restent préoccupants. Le PVC est le co-contaminant le plus dangereux dans un flux de PET, car il déhydrochlorine et jaunit toute la masse fondue. Le papier et la fibre de bois brûlent et forment des particules noires. Ces impuretés déterminent la finesse de filtrage requise par le filtre de la masse fondue et la nécessité de séparer le métal et de triturer les sacs en amont. La norme EN 15347 classe la contamination dans les plastiques recyclés et constitue le langage utilisé pour spécifier la qualité acceptable des flocons aux fournisseurs de laveuses.

Fluctuation du taux de débit de fusion et substances volatiles.

Les flocons recyclés ne présentent généralement pas un seul taux de fluidité de la fusion. Les grades d'emballage mélangés, les bouchons ajoutés et les étiquettes engendrent une large plage de MFR, et les corps volatils issus des pigments, des huiles et des résidus alimentaires engendrent une odeur et des bulles. Ces deux variables augmentent la nécessité de dégazage et d'homogénéisation dans la cuve. Le taux de fluidité de la fusion doit être mesuré selon l'ASTM D1238 ou l'ISO 1133 sur chaque lot entrant afin de cadrer la plage de traitement attendue.

Le tableau ci-dessous indique les principaux types de copeaux, leur itinéraire recommandé dans une machine ainsi que le ratio longueur/diamètre, la bande de rendement et l'énergie spécifique attendus. Il s'agit de points de départ ; un essai permet de confirmer les chiffres définitifs.

Tableau 1 — Type de matière première, parcours de traitement recommandé, rapport L/D, rendement et consommation d'énergie spécifique

Type de flocons recyclés.	Voie de route recommandée	Ratio L/D typique	Largeur de la plage de rendement (kg/h)	Énergie spécifique (kWh/kg)
Pousses de bouteille en PET (rigides, lavées)	Anneau à un seul vis + chargeur à force, ou entraînement à double étape pour les matériaux alimentaires	De 30 : 1 à 36 : 1 (unique), de 40 : 1 à 48 : 1 (deux niveaux)	300 à 2000	0,13 à 0,22
Flacons en HDPE et régrind rigide	Anneau à un seul vis + chargeur à force	De 30 : 1 à 34 : 1	300 à 1500	0,13 à 0,20
Film LDPE agricole (doux, de densité volumique faible)	Anneau à un seul vis + coupeuse-pressothermoformante	De 28 à 33 : 1	300 à 1500	0,15 à 0,25
Sacs tissés en PP et rafia	Anneau à un seul vis + coupeuse-pressothermoformante	De 28 à 32: 1	300 à 1200	0,15 à 0,24
Flocons de PS/ABS rigide	Extrusion à simple vis ou à double vis avec dégazage	32:1 à 40:1	300 à 1200	0,16 à 0,26
Déchets mixtes, flocons additionnés de charges hautement volatiles.	Vis jumeaux en parallèle en co-rotation	De 40 : 1 à 48 : 1	300 à 1500	0,20 à 0,35
Flocons de PVC rigides et profils	Viseau et double vis à contre-rotation	18 : 1 à 25 : 1 (conique)	200 à 800	0,18 à 0,30

Extrudeur à un seul écrou avec convoyeur pour copeaux rigides

L'extrudeur à simple vis avec chargeur est l'arme de choix pour les lamelles rigides à fort débit, telles que les lamelles de bouteilles en PET et la broyeure de HDPE. Ses atouts sont sa simplicité, son faible coût de capital, sa facilité d'entretien et une consommation spécifique de 0,13 kWh/kg. Le chargeur, qui est souvent un distributeur ou un alimentateur latéral, pousse les lamelles dans la gorge du cylindre à un rythme contrôlé, de sorte que la vis n'est jamais en pénurie, ce qui est important car les lamelles rigides peuvent s'emmêler et survenir dans un bac à graisse.

Géométrie et rendement

Les géométries typiques utilisent un cylindre de forme allongée avec un ratio L/D compris entre 30 et 36 et des diamètres hélices allant de Φ90 à Φ200. Une ligne à un seul tamis de Φ120 produit généralement 400 à 700 kg/h de PET, tandis qu'une unité de Φ200 atteint 1500 à 2000 kg/h. Le débit varie en fonction du carré du diamètre de l'hélice et de sa vitesse, mais le facteur limitant pour les flocons est généralement la homogénéité de la fusion et la pression du retour de la filtration, et non pas la simple capacité de transport.

Rapport de compression et contrôle du cisaillement

Les flocons ont besoin d'un coefficient de compression modéré, souvent compris entre 3 : 1 et 4 : 1, afin que le lit solide se comprime et fonde sans être trop frotté. Comme le PET est sensible à la friction, la section de dosage doit être conçue pour une faible consommation d'énergie spécifique et un temps de séjour court. Le réservoir est zonné pour la charge, la compression, la fonte, le mélange et le dosage, avec une ou deux évacuations sous vide placée à la suite de la zone de fonte, où la fonte est assez fine pour laisser passer le gaz.

Lorsque cela s'applique sur une ligne de recyclage

Une ligne à un seul vis a des capacités de mélange de dispersion faibles. Elle ne peut pas décomposer la contamination agglomérée ni homogénéiser les MFR très variables, comme ce peut faire une ligne à deux vis. Pour les films, les fibres ou les matériaux à densité volumique faible, elle est incapable de transformer la matière en granulats, sans l'ajout d'un coupe-pressage. Et pour le rPET de qualité alimentaire, il est généralement nécessaire de rajouter un cristallisateur, un séchoir et une deuxième étape sous vide pour préserver la viscosité intrinsèque. Comparativement aux installations à un seul vis de concurrents tels que EREMA ou Starlinger, l'installation cintrée à un seul vis de Wanplas, comme Polyretec, offre une plus faible automatisation, mais à un coût de départ nettement inférieur tout en demeurant équivalente technologiquement.

Niveau de coût

Le coût de capital et d'exploitation d'une chaîne de laminage rigide à un seul scrip est faible à moyen. C'est le choix approprié lorsque la matière première est propre, monograde, rigide et déjà sèche, et lorsque l'objectif consiste à produire des granulés de qualité industrielle plutôt que des granulés de qualité nourriture.

Extrudeur à un seul écrou avec coupeuse-compacteur pour les matières souples et filmées

L'extrudeur à un seul vis associé à un coupe-écrou est la solution standard pour les poudres douces, moelleuses et à basses densités, notamment les films LDPE agricoles, les films post-consommation, les sacs tissés en PP, la rafia et les fibres non tissées. Seul, un extrudeur à un seul vis ne peut pas gérer ce matériau car la poudre flotte entre 30 et 80 kg/m3, emprisonne de l'air et forme des pontages. Le coupe-écrou résout le problème en amont de la cuve.

Comment fonctionne le coupeur-compacteur ?

Le compacteur est une chambre à couteaux rotatifs qui coupe et chauffe par friction les copeaux, tandis qu'une face chaude permet leur décharge directement dans le fût d'alimentation de l'extrudeur. La friction préchauffe la matière à environ 70 à 95 °C, éliminant l'humidité de sa surface et, surtout, compactant le bulbe, ce qui augmente sa densité volumique de 3 à 8 fois. La masse densifiée et préchauffée alimente continuellement le fût monobrossier sans ponts de matière. Ce préchauffage réduit aussi la charge thermique appliquée au fût, tout en réduisant son consommation d'énergie spécifique par rapport à l'alimentation de lamelles froides.

Rendement et écoulement de matière

Les lignes de coupe-compactage traitent de 300 à 1500 kg/h en fonction du diamètre de l'ancre et de l'épaisseur du film. Les films d'agriculture en LDPE fins et ayant une charge élevée en encre ont besoin du compacteur à l'extrémité supérieure de la gamme de préchauffage et d'un déssouflement intensif pour enlever les éléments volatiles de l'impression et les agents de désengagement au silicone. Les sacs en PP, étant plus rigides, se mélangent bien, mais peuvent contenir du sable et du remplissage qui accélèrent l'usure de l'ancre et du tambour, il est donc conseillé d'utiliser des revêtements résistant à l'abrasion.

Limitations

Le coupeuse-compactrice augmente les coûts et la complexité par rapport à une trémie classique, et le brisage agressif peut surchauffer des matériaux sensibles à la chaleur si le processus n'est pas contrôlé. Elle n'est pas idéale pour les flocons rigides de PET, qui sont mieux alimentés par un alimentateur à force, et ne fournit pas un mélange intensif ou un dégazage multi-étape d'un tambour à double hélice. Pour le film imprimé, l'odeur résiduelle après la pelletisation indique que la capacité de dégazage est insuffisante et qu'il serait préférable d'adopter une approche à double hélice ou en deux étapes.

Niveau de coût

Le coût initial est moyen. Le coût de fonctionnement reste favorable car le préchauffement réduit la consommation d'énergie, mais l'usure des lames et la maintenance du compacteur sont des items récurrents.

Extrudeur parallèle à tourples co-rotatives pour un dégazage intense et le compoundage

L'extrudeuse à vis parallèles co-rotatives est choisi lorsque les granulés requièrent un mélange dispersif intense, un dégazage profond ou un mélange simultané avec un agent de remplissage, un compatibilisateur ou une couleur. Deux vis cogénèrement entre-entranglées dans un tube fermé donnent un fort taux de cisaillement, un excellent nettoyage automatique et la possibilité de disposer plusieurs conduits d'évacuation à vide le long de la longueur de l'appareil.

Géométrie et capacité de dégazage

Ces lignes fonctionnent à un ratio L/D de 40 : 1 à 48 : 1, ce qui laisse de la place pour des zones de dosage, de mélange et de ventilation, ainsi que pour la zone de mélange. Le vide est aspiré à deux ou plusieurs étapes, atteignant généralement moins 0,08 à moins de 0,095 MPa, ce qui élimine l'humidité, l'air et les vapeurs de manière beaucoup plus complète que la simple sortie dans une zone unique d'un seul tremplin. Dans le cas de granulés à fort taux d'humidité ou de surplus d'encre, le dégazage à plusieurs étapes élimine les odeurs et les bulles ainsi que les granulés creux.

Conception modulaire en spirale.

La vis est construite à partir d'éléments interchangeables – éléments de transfert, de mélange et de rétroaction – de sorte que le profil de cisaillement et de séjour est réglé sur la paille. Les alimentateurs latéraux peuvent injecter des réchauffeurs, de la fibre de verre ou un additif liquide au milieu du tube, ce qui permet à la même extrudeuse à granulés de réaliser également un compoundage. C'est pourquoi l'usine Kerke de Wanplas assemble des lignes à double hélice co-rotaisonnelles : le tube modulable permet de réaliser des granulats à partir de recyclage et des mélanges de matières premières ou un compoundage technique sur une même machine.

Quand le choisir

Choisissez une voie à double vis lorsque la paille est mélangée ou contaminée, lorsque les matières volatiles sont élevées, lorsque vous devez ajouter un matière de charge ou un compatibilisateur, ou lorsque les spécifications du produit exigent une MFR et une uniformité de couleur strictes. C'est également la voie pour un processus PET sans cœur sec, dans lequel le dégonflement sous vide profond remplace le pré-séchage, à condition que la delta IV soit inférieure à 0,03. L'équilibre se fait entre un capital plus élevé, un contrôle plus complexe et une usure plus rapide des éléments vis dans la paille abrasive.

Niveau de coût

Le coût de capital et d'entretien est élevé ou très élevé. Le rendement est apporté par la valeur du produit : les granules compactes, déodorisées et de qualité homogène ont une meilleure valeur que les granulés bruts.

Viseau à double vis, trajectoires à contre-rotation et systèmes tandem à deux étages

Deux autres voies méritent une attention particulière, car elles couvrent des matériaux et des niveaux de qualité qui ne sont pas bien servis par les lignes à un seul vis et à double vis rotatifs : la ligne à double vis coniques ou à double vis anti-rotaction, destinée au PVC et aux Moulages thermosensibles rigides ; et le système tandem à deux étages, pour le PET exigeant et les regranulés de haute qualité.

Viseau et double vis à contre-rotation pour le PVC

Les flocons et profils en PVC ne doivent jamais être traités sur une soupape mono-axiale à fortes frottement, car le PVC se dégrade et libère de l'HCl à une température supérieure à environ 200 degrés C. La soupape conique et la soupape parallèle et contre-rotative utilisent une canalisation à l'effet de calandre qui transporte et fond doucement le PVC à des frottements faibles et en un temps d'arrêt court. Leur L/D est court, généralement de 18 : 1 à 25 : 1 pour les conceptions coniques, et ils supportent la nature sensible à la chaleur et facilement décomposable du PVC. Le débit est modéré, de l'ordre de 200 à 800 kg/h, et le coût est moyen à élevé. La détection de toutes les fractions de PVC, même les plus faibles, dans un flux de PET est donc cruciale, car une charge de PET contaminée par du PVC va jaunir et corroder le tube de la soupape mono-axiale.

Systèmes tandem à deux étapes (mère-bébé)

Le tandem à deux étapes associe une première étape qui platique et une seconde étape qui effectue une finition à faible cisaillement avec un intense dégazage. La première extrudeuse (souvent une seule vis ou la première vis jumelée) réalise le fondus et le mélangage grossier ; la masse fondue est transférée à une deuxième extrudeuse fonctionnant à une cisaillante inférieure et dans des conditions de séjour sous vide plus longues. Cette séparation permet d'isoler le fondu à haute cisaillante de la finition délicate et bien égayée, ce qui est idéal pour le PET, dans lequel la cisaillante et l'oxygène détruisent l'IV, et pour toutes les particules sensibles, dans lesquelles il faut réduire au maximum les odeurs et les gazes volatiles.

Réseaux dédiés au PET.

Pour le rPET utilisé dans l'industrie alimentaire, deux techniques ont été éprouvées. La première consiste en une cristallisation et un séchage suivi par une extrudeuse sous vide à deux étapes : les plaques sont cristallisées pour qu'elles ne s’attachent pas et ensuite séchées à une humidité inférieure à 0,3 %, puis extrudées dans une première étape de plastification et une deuxième étape de vidange sous vide intense pour protéger la viscosité intrinsèque. La seconde technique est l'utilisation d'un double rotatif à alimentation sèche associé à un dégazage sous vide agressif qui permet d'atteindre une humidité de surface plus élevée tout en maintenant une viscosité delta IV inférieure à 0,03. Lorsque la visco­sité finale est encore inférieure aux spécifications requises, la polycondensation en phase solide (SSP) utilisée en aval permet d'élever la vis­cosité du rPET à la valeur cible. Le choix entre ces deux techniques dépend de la pureté des plaques, du coût énergétique et de la vis­cosité finale requise.

Niveau de coût

Les lignes à deux étapes et dédiées au PET sont de niveau supérieur à premium. Elles sont justifiées lorsque le pellet doit respecter des règles de contact avec les aliments, telles que celles énoncées dans la norme FDA 21 CFR 177.1630 ou dans l'avis de l'EFSA, ou lorsque la certification GRS et une IV constante sont requis dans le cadre d'un contrat.

Les principaux sous-systèmes : système de dégazage, filtre de fusion, pompe à fusion et méthodes de granulation

Quelle que soit la ligne de machine, quatre sous-systèmes décident si les granulés sont commerciaux : le dégazage, la filtration de la matière fondante, la stabilisation de la pression de la matière fondante et la méthode de granulage. Si ces paramètres sont incorrects, l'investissement dans l'extrudeuse est dépourvu de sens.

Dégazage

Le dégazage retire l'humidité, l'air piégé et les composés volatils. Un seul orifice d'évacuation par aspiration convient pour les granulations sèches, à faible odeur. Deux ou plusieurs étages de ventilation sont nécessaires pour les films, les supports imprimés et le PET en contact avec les aliments. La source d'aspiration est importante : une pompe à anneau d'eau est moins coûteuse et supporte les vapeurs et les poussières, mais n'atteint qu'un vide modéré ; un compresseur Roots (souvent associé à une pompe à anneau d'eau) retire un vide plus profond, jusqu'à moins 0,08 ou moins 0,095 MPa, ce qui est nécessaire pour réduire les composés organiques volatils résiduels et pour protéger le PET IV. Les composés organiques volatils résiduels doivent être vérifiés par un panel olfactif ou des tests analytiques, et non présumés.

Filtre de fusion et changeur de tamis

Le filtre à foudroyage, aussi appelé changeur de tamis, retire les contaminants solides ― métal, char de papier, gel, grains non fondus ― de la fonte avant l'injection dans la moulaison. Les changeurs à tamis de type plaque utilisent une maille en fil métallique empilée et sont disponibles en version manuelle, hydraulique ou en double colonne à quatre tamis, qui replace un tamis propre. Les filtres à bande continue et les changeurs automatisés à plaque coulissante remplacent le tamis sans interrompre la ligne, en maintenant la pression à un niveau constant. Les tamis à fils en noyaux percés et à volets en fils tranchants offrent des pores précis et homogènes de 80 à 300 micromètres, correspondant à environ 60 à 180 mailles, et résistent mieux à la formation de voiles que les mailles tissées. La surpression sur le filtre augmente en fonction de la finesse et de la contamination et s'élève typiquement de 8 à 20 MPa. La taille de la surface du filtre et la fréquence de changement doivent être ajustées à la charge de contamination, afin que la ligne ne ne soit pas arrêtée toutes les quelques heures. Une finesse plus élevée préserve l'aspect du granule, mais augmente les coûts en énergie et en tamis.

Tableau 3 — Options de filtration par fusion en fonction de la précision, de l'automatisation, du niveau de contamination et du coût relatif

Solution de filtration	Précision typique	Niveau d'automatisation	Niveau de contamination adapté	Tranche relative des coûts
Changer d'écrans de plaques manuel	150 à 300 micromètres (60 à 100 mailles)	Manuel, arrêts de chaîne.	Faible	Faible
Double colonne hydraulique, quatre écrans	100 à 250 micromètres (70 à 150 mesh)	Hydraulique, changement rapide	Faible à moyenne	Moyen
Courroie / plaque de transport automatique en continu	80 à 250 micromètres (60 à 170 mailles)	Entièrement automatique, sans arrêt	Moyen à élevé	Élevé
Écran gravé au laser / en jonc tronconique	80 à 300 micromètres (60 à 180 mailles)	Automatisée avec devancher continue	Particules hautes, à gel	Exceptionnel

Pompe de fonte pour la stabilisation de la pression

Une pompe à mélange (pompe à engrenages) montée entre l'extrudeur et la matrice isole cette dernière des pulsations de l'arbre. Elle maintient la pression dans la matrice à environ plus ou moins 0,2 MPa, ce qui renforce la taille et la forme des granulés et augmente la capacité de traitement de 5 à 15 %, car l'extrudeur peut fonctionner à une vitesse d'arbre plus élevée sans fluctuation de pression. Pour le recyclage de films et de fibres, où l'uniformité de la ficelle ou de la surface de la matrice est importante, la pompe à mélange se rembourse en termes de rendement et de qualité. Elle représente cependant des coûts supplémentaires et nécessite un élément chauffé et scellé qui doit être entretenu, de sorte qu'elle est généralement prévue sur les lignes moyennes à haute gamme.

Comparaison des méthodes de pelletisation

La méthode de granulage détermine la forme des granules, la charge de refroidissement et le travail manuel. Le granulage à tirage traîne les fils extrudés dans un bain d'eau, les secoue à l'air, puis les coupe sur un toupieur. C'est une méthode simple et peu coûteuse, mais qui nécessite de l'espace au sol et une surveillance continue, et qui ne convient pas aux fils de PET hydrophiles, qui absorbent l'eau. Le granulage à anneau d'eau découpe la matière fondue contre une lame rotative en face de la matière. Cette méthode convient aux films et aux matériaux mous, produit un volume élevé à faible ou moyen coût et utilise peu d'eau. Le granulage sous-marin découpe à l'intérieur d'une chambre remplie d'eau, produisant des granules sphériques, uniformes et sans poussière, avec le débit le plus élevé. C'est la méthode préférée pour le PET et les matériaux à fort pouvoir contractile, ainsi que pour ceux utilisés dans l'industrie alimentaire, en raison de la nécessité d'assurer la pureté des granulés. Le découpage à la chaleur en face de la matrice (conduit à température ambiante) s'applique à certains PE/PP pour lesquels un contact avec l'eau est indésirable.

Tableau 4 — Comparaison des classes de machines pour les déchets plastiques en classe alimentaire

Méthode de granulage	Forme des granulés	Capacité théorique de traitement	Consommation d'eau.	Note sur l'énergie	Matériel mieux adapté
Péletage en bande	Cylindrique, longueur variable	Faible à moyenne	Moyen (baignoire + sec)	Le plus bas	PE, PP, paille rigide
Pelletisation à ring d'eau	Proche de la sphère, de petite taille	Moyen à élevé	Moyen	Moyen	Film LDPE, PP, flocons souples
Pelliculage sous-marine	Sphérique, uniforme	Élevé	Élevé (boucle fermée)	Élevé	PET, matières à haute résistance à la fonte.
Découpage à chaud de la face de matrice (réfrigéré par l'air)	Irrégulière, petite	Moyen	Aucun	Moyen	PE, PP évitant l'eau

En aval de la découpe, les granulés passent par un tamis vibrant pour le dépéage, une étape de dépoussièrantes, un convoyage pneumatique vers un silo et un mélange ou une homogénéisation dans le silo avant l'emballage. L'homogénéisation dans le silo gomme les variations de MFR et de couleur de lot en lot.

Fenêtres de paramètres du processus par matière

Chaque polymère a une plage de température où la fusion est stable et le granule est propre. En excédant cette plage, la fusion devient médiocre et on observe des impuretés dans le granule ; en descendant en dessous de cette plage, on observe une dégradation du polymère, une coloration jaune du granule, et, dans le cas de PET, une baisse de la viscoanalyse intrinsèque. Les valeurs ci-dessous correspondent aux valeurs nominales à l'aide du ciel de la moulaison ; la température de fusion locale peut différer de quelques degrés.

Table — Windows de procédé par matériau

Matériau	Fenêtre de température du barillet/résolution (en degrés Celsius)	Guide de vitesse de vissage	Melt / die pressure note..
Flocons de PET.	265 à 285	Moyen, éviter le trop fort ciselage	Protection IV : vide profond
HDPE	190 à 230	Moyen à élevé	8 à 18 MPa à l'intérieur du filtre
Film LDPE	De 170 à 210 degrés	Moyen	Moins de pression, afin d'éviter la dégradation
PP (tissé, rigide)	200 à 240	Moyen à élevé	10 à 18 MPa au filtre
PS/ABS	200 à 230	Moyen	Évitez la coloration jaune. Videz bien.

La vitesse de la vis influence le temps de cisaillement et de séjour, et doit être modérée pour le PET sensible à la cisaillement, tandis que dans le cas du PE et du PP, elle peut être augmentée pour augmenter la production. La pression de la fonte au niveau du filtre et de la matrice doit être surveillée en continu, car une tendance à la hausse signifie que l'écran est chargé ou que la matrice se resserre. La stabilité de la pression de la matrice, notamment lorsqu'il s'agit d'une pompe à fonte, est le meilleur indicateur de la qualité uniforme des granulés obtenus.

D défauts courants et leurs contre-mesures

Même un extrudeur de granulation bien sélectionné produit des défauts lorsque la charge de flocons en amont ou la fenêtre de procédé dérive. Le tableau ci-dessous est la carte de dépannage en terrain utilisée par les ingénieurs de service de Polyretec. Chaque défaut identifie une cause et une mesure corrective concrète.

Table 4 : Comparaison de la configuration de la capacité

Défaut	Probable cause	Contre-coût
Taches noires et carbonisation	Zones mortes, séjour prolongé, nettoyage à retardement.	Rétention réduite, cycle de nettoyage réglé, réduction de la température du robinet, purge régulière.
Bulles / pellets creux	Humidité ou dégazage insuffisant	Améliorer le séchage, ajouter une étape sous vide, abaisser le vide à moins 0,09 MPa, vérifier l'étanchéité de la pompe.
Taille inégale des granulés	L'écart lame, usure des lames, non-adaptation de la vitesse.	Réglez l'intervalle entre le couteau et le matriau, aiguisez ou remplacez les lames, adaptez la vitesse de coupe au débit, installez une pompe de fonte.
Faille de couleur / ligne foncée	Mélange insuffisant, alimentation non homogène, contamination.	3. Utilisez une hélice à double vis ou ajoutez un élément de mélange, homogéné­risez dans un silo et consolidez le traitement de décoloration en amont.
Drift MFR entre les lots	Niveau d'entrée inconstant, alimentation de pointe	Alimentateur à perte gravimétrique, bande à copeaux étroits, vérifié selon l'ASTM D1238/ISO 1133
Usure des vis et des barils	Teneur élevée en cendre, sable, charge, métal en flocons	Département de séparation des métaux, renfort en linoléum résistant aux abrasions, réduction du chargé, maintient des cloisons.
L'odeur dans les granulés finis	Volatils résiduels, encres, huile	Ajouter une étape de dégazage, augmenter le vide, utiliser une vis bilobée, améliorer le lavage.
Floc PET IV / pellet cassant	Humidité + cisaillement + oxygène	Sècheur à moins de 0,3 pour cent, deux étapes de vide, couverture inerte, contrôle de la différence IV à moins de 0,03.

Consommation d'énergie et comptabilisation de la capacité

Le dimensionnement de la ligne est finalement une calcul de l'énergie et de la production. La puissance du moteur installé n'est pas la même que l'énergie consommée ; la charge réelle dépend de la vitesse de rotation des vis, de la viscosité de la matière fondue et de la fonction de dégazage, et le facteur de puissance de la centrale (souvent de 0,8 à 0,9 pour une ligne d'extrusion à entraînement mixte) détermine la puissance apparente que le réseau doit délivrer. L'énergie spécifique - kWh par kg de pellet de qualité - est le chiffre qui doit apparaitre dans toute comparaison entre les différentes voies.

Consommation d'énergie spécifique selon le trajet parcouru

Les lignes à floc rigid à un seul tambour sont les plus efficaces, avec une consommation de 0,13 à 0,22 kWh/kg. Les lignes de film à coupeur-compacteur se situent à 0,15 à 0,25 kWh/kg car le préchauffage compense une partie de la charge du baril. Les systèmes à deux tours, avec un dégazage élevé et une préparation, consomment 0,20 à 0,35 kWh/kg. L'ajout d'une pompe à extrusion réduit généralement la consommation par kilo à un niveau donné et augmente le rendement en éliminant les granulés de qualité inférieure.

Établissement du rendement et de la rotation

Le débit nominal suppose un chargement continu et des flocons propres. La production réelle par permanence correspond au débit nominal, multiplié par l'utilisation de l'équipement (habituellement 0,85 à 0,92) et par le taux de qualité (habituellement 0,95 à 0,99). Une ligne de 1000 kg/h à un taux d'utilisation de 0,88 et un taux de qualité de 0,97 délivre environ 839 kg/h de granulés vendables, soit environ 20 tonnes par journée de 24 heures. Le taux de qualité est le point où la finesse du filtre de fond et la qualité de l'élimination du gaz gagnent leur coût : un tamis plus grossier permet d'économiser de l'énergie, mais augmente le taux de rejet au sélecteur de couleur en aval.

Vérification de la qualité et normes

Pour chaque lot, il convient de réaliser des tests portant sur la vitesse du flux de fusion (ASTM D1238 ou ISO 1133), la densité (ASTM D1505 par colonne à gradient de densité), la classe de contamination (EN 15347) et, pour les produits en contact avec les aliments, les règles applicables en matière de migration et de pureté (FDA 21 CFR 177.1630, EFSA). Le processus de recyclage et la boucle matérielle sont encadrés par la norme ISO 15270, et l'usine doit fonctionner selon un système de qualité ISO 9001. Les déclarations relatives à la teneur en matière recyclée sont exhumées par la certification GRS. Ces références sont celles que les acheteurs et les marques utilisent dans leur langage, et elles doivent figurer sur la fiche de spécifications des pellets.

Questions fréquemment posées

Conclusion

Choisir la bonne optionExtrudeuse à granuléspourflocons de plastique recyclésCommencez par la paille et non par la machine. Caractériser le taux d'humidité, la densité volumique, la taille de la paille, le niveau d'impuretés et le débit de fusion avant tout. Ces chiffres détermineront la voie à suivre. Les paillettes de PET et HDPE rigides et propres se prêtent le mieux à un extrudeur à un vis doté d'un chargeur à 0,13 à 0,22 kWh/kg. Les films et la fibre souples à faible densité volumique requièrent un coupeur-compacteur. Les flux à haute volatilité, mélangés ou contenant des remplissants exigent un double-rotant parallèle doté d'une dégazage à plusieurs étages, tandis que le PVC nécessite un double-rotant conique ou contra-rotant et que le PET à haute demande requiert un tandem à deux étapes ou un double-rotant seca basé qui maintient un delta IV inférieur à 0,03.

Dans le cadre de toute ligne de fabrication, les sous-systèmes permettent de fabriquer ou de briser le granule : calibrer la taille pour réduire les substances volatiles, choisir la finesse du tamis de fusion et l’automatisation en fonction de la charge de contamination, ajouter une pompe de fusion lorsque la stabilité de la pression et le rendement sont importants, et choisir la méthode de granuleusement – en fil, en anneau d’eau ou sous l’eau – en fonction du matériau et du grain. Vérifiez chaque lot en fonction des normes ISO 1133, ASTM D1238, ASTM D1505, EN 15347 et des règles du contact alimentaire, le cas échéant. Polyretec, une usine Wanplas, conçoit et fournit ces lignes de granuleuse avec une expertise en matière de processus dérivée de l’Autriche, et assure l’intégration avec les systèmes de mélange à anneaux jumeaux Kerke de Wanplas, de sorte que le même granulé puisse passer de la lavage à la granulation pour obtenir un produit composite de grande valeur dans le respect d’un seul système de qualité. Pour l’analyse d’un granulé particulier et une proposition de ligne calibrée, communiquez une échantillon représentatif et le débit cible à l’équipe d’ingénierie de Polyretec.