Le PTFE est un fluoropolymère qui ne fond pas au sens traditionnel du terme. Contrairement aux thermoplastiques classiques qui sont fondus et extrudés à travers une filière, le PTFE ne peut pas être fondu en raison de son point de fusion extrêmement élevé (~327 °C) et de sa tendance à se dégrader avant de s’écouler. Par conséquent, l’extrusion du PTFE utilise une technique appelée extrusion de pâte pour les tubes et autres formes longues et continues.
L’extrusion de pâte est un procédé d’extrusion à froid qui repose sur une poudre de PTFE lubrifiée pour former la forme souhaitée. Après l’extrusion, le produit subit un processus de frittage, qui consiste essentiellement en une cuisson à haute température, qui lie les particules et assure l’intégrité mécanique.
Étapes clés du processus d’extrusion des tubes en PTFE
1. Sélection et mélange des matières premières
Le processus d’extrusion commence par une résine en poudre fine de PTFE de haute pureté. Cette poudre provient généralement de fabricants de produits chimiques renommés et répond à des spécifications strictes en matière de taille et de distribution des particules. Avant l’extrusion, la poudre de PTFE est mélangée à un lubrifiant, souvent un solvant organique tel que l’Isopar® ou le naphta. Ce mélange forme une pâte molle, semblable à une pâte à modeler.
Les facteurs clés à prendre en compte lors de cette étape sont les suivants :
- Uniformité de la poudre : garantit un écoulement régulier pendant l’extrusion.
- Proportion de lubrifiant : influence la pression d’extrusion et la finition de la surface.
- Temps et conditions de mélange : un mélange insuffisant ou excessif affecte la qualité de la pâte.
La pâte est ensuite vieillie pendant plusieurs heures (généralement 8 à 24 heures) afin de permettre une répartition uniforme du lubrifiant et d’améliorer la cohérence de l’extrusion.
2. Préformage
Après le processus de vieillissement, la pâte de PTFE est préformée en une billette cylindrique à l’aide d’une presse hydraulique. Cette étape compacte la poudre lubrifiée en une forme dense adaptée à l’extrusion. Le préformage réduit les vides, aligne les particules et renforce la structure avant l’étape d’extrusion.
Paramètres importants :
- Pression de préformage : généralement comprise entre 200 et 500 bars.
- Dimensions de la billette : doivent correspondre aux exigences de la filière d’extrusion.
3. Extrusion de la pâte
La billette préformée est placée dans une presse à extrusion équipée d’une filière conçue pour la production de tubes. La filière se compose d’un manchon extérieur et d’un mandrin qui détermine les diamètres intérieur et extérieur du tube PTFE extrudé.
Pendant l’extrusion :
- La billette est poussée à travers la filière à l’aide d’une force mécanique ou hydraulique.
- Le lubrifiant réduit la friction et permet à la pâte de s’écouler à travers la filière.
- Le tube extrudé sort sous forme de tube vert (non fritté), encore souple et malléable.
La vitesse d’extrusion, la pression et la température de la filière (généralement maintenue à température ambiante pour éviter un frittage prématuré) sont étroitement contrôlées afin de maintenir la précision dimensionnelle et d’éviter les défauts tels que les fissures ou les déchirures.
4. Séchage
Après l’extrusion, le tube vert contient une quantité importante de lubrifiant, qui doit être éliminée avant le frittage. Le tube passe dans un four de séchage à température modérée (~100-200 °C) afin d’évaporer le lubrifiant lentement et uniformément.
Considérations clés :
- Vitesse de séchage : une vitesse trop élevée peut provoquer des cloques ou un effondrement ; une vitesse trop lente allonge la durée du cycle.
Ventilation et récupération des solvants : les vapeurs de solvants doivent être captées et gérées en toute sécurité afin de respecter les réglementations environnementales.
5. Frittage
Une fois séchés, les tubes en PTFE sont frittés dans un four à haute température à des températures supérieures à 360 °C. Cette étape est cruciale, car elle transforme la structure molle à base de poudre en un produit solide, résistant aux produits chimiques et mécaniquement stable.
Le processus de frittage comprend :
- Une montée en température contrôlée : empêche les chocs thermiques et le gauchissement.
- Un maintien à la température maximale : assure la liaison complète des particules.
- Un refroidissement lent : évite les contraintes internes et la fissuration.
Les conditions de frittage varient en fonction de la taille et de l’épaisseur de la paroi du tube. Les tubes plus épais peuvent nécessiter des cycles de chauffage et de refroidissement plus lents afin de garantir des propriétés uniformes sur toute la section transversale.
6. Traitement final et contrôle qualité
Après le frittage, les tubes sont inspectés et coupés à la longueur souhaitée. Des processus secondaires, tels que l’évasement, le rétrécissement ou la gravure (pour le traitement de surface), peuvent également être appliqués.
Les contrôles de qualité typiques comprennent :
- Analyse dimensionnelle : diamètre extérieur (OD), diamètre intérieur (ID), épaisseur de paroi.
- Inspection visuelle : recherche de fissures, de vides ou d’imperfections de surface.
- Essais physiques : résistance à la traction, allongement et pression d’éclatement.
- Propreté chimique : garantit l’absence de solvants résiduels ou de contaminants.
La conformité à des normes telles que l’ASTM D3295 ou l’ISO 13000 peut être requise selon le secteur d’activité.