Comment fonctionne une tige d'étirage dans le moulage par soufflage ?
La tige d'étirage est l'élément mécanique qui distingue le moulage par injection-soufflage (ISBM) du moulage par injection-soufflage (IBM) et du moulage par extrusion-soufflage (EBM). Il s'agit d'une tige en acier rectifiée avec précision qui pénètre dans la préforme chaude au niveau de la station de soufflage et l'étire mécaniquement axialement — en poussant sa base vers le bas — avant que de l'air comprimé ne l'expanse radialement. La combinaison de l'étirement axial par la tige d'étirage et de l'expansion radiale par l'air comprimé produit une orientation moléculaire biaxiale, propriété physique responsable de la transparence comparable à celle du verre, de la haute résistance à faible épaisseur de paroi et de l'efficacité de la barrière au CO₂ des bouteilles en PET.
Le rôle de la tige extensible dans le cycle ISBM
À la station de soufflage, la préforme, encore sur son mandrin et à la température de conditionnement adéquate, est insérée dans le moule de soufflage fermé. La tige d'étirage pénètre dans la préforme par son col ouvert et entre en contact avec le dôme de sa base grâce à son extrémité plate et contrôlée. La tige s'étend ensuite vers le bas à une vitesse contrôlée (généralement de 1 à 2 m/s), poussant la base de la préforme vers le fond de la cavité du moule et allongeant ainsi le corps de la préforme. C'est l'étape d'étirage axial.
Simultanément ou immédiatement après le contact de la tige d'étirage, de l'air de pré-soufflage à basse pression (généralement de 6 à 10 bars) est injecté par l'orifice de soufflage pour amorcer le gonflage radial de la préforme, l'empêchant ainsi de se replier sur elle-même lors de son étirement. La tige d'étirage poursuit son mouvement jusqu'à ce que la base de la préforme entre en contact avec le fond du moule de soufflage. De l'air de soufflage à haute pression (25 à 40 bars) est alors injecté pour achever l'expansion radiale du corps de la préforme contre la paroi du moule, formant ainsi la bouteille définitive. La tige d'étirage est retirée une fois la bouteille entièrement soufflée et le moule poursuit son refroidissement avant l'ouverture.
Station de soufflage ISBM — la tige d'étirage entre en contact avec la base de la préforme et s'étend axialement tandis que l'air de pré-soufflage et de soufflage dilate la préforme radialement, produisant une orientation biaxiale simultanée.
Pourquoi l'orientation biaxiale est importante
L'extension axiale de la tige d'étirage et l'expansion radiale de l'air de soufflage alignent simultanément les chaînes polymères PET dans deux directions. Cet alignement biaxial diffère fondamentalement de la disposition aléatoire des chaînes dans le PET amorphe non orienté. Les chaînes orientées sont beaucoup plus résistantes à la déformation et à la diffusion de la lumière que les chaînes disposées aléatoirement, ce qui confère à la bouteille finie les propriétés suivantes :
- Résistance à la traction 2 à 3 fois plus élevée que le PET non orienté à épaisseur de paroi équivalente, permettant des épaisseurs de paroi de 0,2 à 0,4 mm qui ne pourraient pas supporter la pression interne ou les contraintes de manutention de la bouteille si elle n'était pas orientée.
- clarté optique Au-dessus de la transmittance lumineuse 90% — les chaînes alignées diffusent beaucoup moins de lumière que les chaînes disposées aléatoirement, produisant l'aspect vitreux caractéristique des bouteilles PET ISBM
- Barrière au CO₂ Suffisant pour les boissons gazeuses — l'empilement dense et orienté des chaînes réduit la vitesse de diffusion des molécules de CO₂ à travers la paroi de la bouteille
- résistance aux chocs en cas de chute jusqu'à 1,5 m lorsqu'elle est remplie d'eau — les chaînes orientées répartissent l'énergie d'impact sur une large surface plutôt que de la concentrer en un point de rupture
Sans tige d'étirage, les machines IBM et EBM produisent des bouteilles par simple gonflage à l'air. Les contenants obtenus sont en PET ou PEHD non orienté (amorphe), opaques ou troubles, plus lourds à volume égal et dépourvus des propriétés mécaniques et de barrière du PET orienté.
Paramètres de contrôle de la tige extensible
La tige d'étirage est commandée par plusieurs paramètres qui doivent être correctement réglés pour chaque format de bouteille. Ces paramètres sont enregistrés dans le système de recettes de la machine et rappelés lors du changement de moule.
| Paramètre | Plage typique | Effet en cas d'erreur |
|---|---|---|
| vitesse d'extension de la tige | 1,0–2,0 m/s | Trop rapide : déchirures préformées ; trop lent : orientation irrégulière |
| distance d'extension de la tige | Réglé par la hauteur de la bouteille | Trop court : la base n’est pas complètement formée ; trop long : la tige heurte le moule |
| Temps de déclenchement du pré-souffle | 5–30% de l'AVC | Trop tard : la préforme s'affaisse vers l'intérieur pendant l'étirement |
| Géométrie de l'extrémité de la tige | Plat, hémisphérique ou conique | Géométrie incorrecte : épaisseur de base irrégulière ou marque de porte |
| Diamètre de la tige | Correspond à l'ID de préformulaire | Trop grande : la tige entre en contact avec la paroi du préformage ; trop petite : contrôle médiocre |
Rapport d'allongement axial : définition et contrôle
Le taux d'étirage axial est le rapport entre la hauteur de la bouteille finie et la longueur du corps de la préforme étirée (approximativement la longueur du corps de la préforme avant étirage). Pour les bouteilles d'eau standard en PET, ce taux est généralement de 2,5 à 3,5:1. Un taux d'étirage trop faible entraîne une orientation axiale insuffisante, ce qui fragilise la bouteille et diminue sa transparence. Un taux d'étirage trop élevé (supérieur à environ 3,5:1 pour le PET standard) provoque un blanchiment sous contrainte : un voile blanchâtre apparaît dans la zone sur-étirée, généralement à la base ou sur la paroi latérale inférieure. Ce voile est dû au fait que les chaînes polymères dépassent leur limite d'extensibilité et commencent à former des micro-vides au lieu de poursuivre leur orientation.
Le taux d'étirage axial est déterminé par le rapport entre la longueur du corps de la préforme et la hauteur de la bouteille, fixé lors de la conception du moule. Il ne peut être modifié en production sans un moule différent. La course de la tige d'étirage est ajustée à la hauteur de la bouteille et n'est pas réglable indépendamment comme variable de procédé ; elle doit simplement atteindre le fond du moule. La vitesse de déplacement de la tige influe cependant sur la rapidité avec laquelle l'orientation axiale se développe et interagit avec la pression de pré-soufflage, ce qui en fait une variable de procédé importante pour les bouteilles à géométrie de base complexe.
La carte des paramètres du procédé ISBM, y compris le contrôle de la tige d'étirage (la vitesse de la tige, le temps de pré-soufflage et le début du soufflage à haute pression) déterminent ensemble l'orientation biaxiale obtenue dans la bouteille finie.
Besoin d'assistance technique concernant les paramètres de la tige d'étirage pour un nouveau format de bouteille ?
Ever-Power fournit une documentation complète des procédés et une assistance à la mise en service pour toutes les installations EP-HGY et EP-BPET, y compris le développement des paramètres des barres d'étirage pour les nouveaux formats de bouteilles. Contactez notre équipe procédés et transmettez-nous vos plans de préformes et de bouteilles.
Voir la version complète Gamme de machines EP-HGY ISBM avec les spécifications des tiges extensibles, ou explorez options de moules personnalisés où la longueur de la préforme et la hauteur de la bouteille sont conçues pour obtenir le rapport d'étirement axial correct pour votre contenant.
Foire aux questions
Comment entretient-on la tige extensible ?
La tige d'étirage nécessite un contrôle périodique de sa rectitude (une tige tordue produit des bouteilles asymétriques), de l'état de son extrémité (l'usure ou l'endommagement de l'extrémité entraîne une épaisseur de base irrégulière) et de l'état du joint (la tige traverse un joint pneumatique ou mécanique dans l'axe de soufflage ; des joints usés provoquent des fuites d'air de soufflage, réduisant ainsi la pression de soufflage efficace). Le remplacement de la tige d'étirage est généralement prévu tous les 500 000 à 2 000 000 de cycles, selon le matériau et la géométrie de l'extrémité. Ever-Power inclut le programme d'entretien de la tige d'étirage et les spécifications des tiges de rechange dans la documentation de la machine.
La tige extensible est-elle réglable pour s'adapter à différentes hauteurs de bouteille ?
Sur les machines ISBM, la course de la tige d'étirage est réglable afin de s'adapter aux différentes hauteurs de bouteilles lors d'un changement de moule. Ce réglage détermine la course maximale de la tige en fonction de la position de la base de la nouvelle bouteille dans le moule de soufflage. Une tige d'étirage différente peut également être nécessaire si le nouveau format de bouteille présente un diamètre de corps ou une géométrie d'insert de col sensiblement différents. Ever-Power fournit une procédure de changement de tige d'étirage ainsi que les paramètres de tige spécifiques au format avec chaque jeu de moules.
Quelle est la différence entre le taux d'étirement et le taux de soufflage ?
Le taux d'étirage axial correspond à la hauteur de la bouteille finie divisée par la longueur du corps de la préforme étirée. Il est généralement compris entre 2,5 et 3,5 pour le PET standard. Le taux de soufflage (ou taux de circonférence) correspond à la hauteur de la bouteille finie divisée par le diamètre extérieur du corps de la préforme. Il est généralement compris entre 3 et 5,5 pour le PET standard. Ensemble, le taux d'étirage axial et le taux de soufflage circonférentiel déterminent le degré d'orientation biaxiale de la bouteille finie. Les performances optimales de la bouteille sont obtenues lorsque ces deux taux se situent dans la plage permettant une orientation complète sans dépasser la limite d'extensibilité de la résine dans aucune des deux directions.
Problèmes courants liés aux tiges extensibles et comment les corriger
Lorsque les paramètres de la tige d'étirage sont mal réglés, ou lorsque celle-ci s'use ou s'endommage, des défauts spécifiques apparaissent sur les bouteilles, permettant ainsi de diagnostiquer le problème. La compréhension du lien entre l'état de la tige d'étirage et les défauts de qualité des bouteilles permet aux opérateurs de diagnostiquer et de corriger rapidement les problèmes, sans avoir à solliciter l'assistance technique pour chaque écart de qualité.
Blanchiment anti-stress à la base : Le défaut le plus fréquent lié à la tige d'étirage est la présence d'un voile blanc à la base de la bouteille. Ce voile indique un dépassement du taux d'étirage axial : les chaînes polymères à la base ont dépassé leur limite d'orientation et des micro-vides se forment. Solution : réduire la longueur de la tige (si elle est réglable) ou repenser la préforme avec un corps plus long afin de réduire le taux d'étirage axial. Ce défaut est lié à la conception du moule et non à l'entretien de la tige, si celle-ci est intacte.
Base asymétrique : Si le fond de la bouteille est plus épais d'un côté que de l'autre, la tige d'étirage est peut-être tordue, mal alignée par rapport à l'axe du moule de soufflage, ou usée à son extrémité. Vérifiez la rectitude de la tige et l'état de son extrémité ; remplacez-la si elle est déformée. Assurez-vous également que l'alignement entre le mandrin et le moule de soufflage est correct et que ce dernier se ferme symétriquement autour de la préforme.
La base de la préforme n'atteint pas le fond du moule : La base de la bouteille finie semble plus lourde que prévu et le contenant est trop court. La course de la tige est inférieure à la hauteur requise pour la bouteille, ou la vitesse de la tige est trop lente par rapport au début du pré-soufflage, ce qui provoque le gonflage de la base avant que la tige n'ait terminé sa course. Ajustez la course de la tige et le temps de pré-soufflage conformément à la procédure de réglage de la machine.
Flanc opaque malgré une température de conditionnement correcte : Si la vitesse de la tige est trop élevée par rapport au début du pré-soufflage, le corps de la préforme peut être partiellement refroidi par contact avec la paroi du moule avant d'être complètement dilaté radialement. Ceci engendre des zones de moindre orientation, accompagnées d'un voile. Avancer le début du pré-soufflage (par rapport à la course de la tige) permet à la préforme de se gonfler radialement avant de refroidir contre la paroi du moule.
