Système de dosage multifonctionnel aide à relier les fibres naturelles et les plastiques

Station de dosage et de mélange synchrone gravimétrique de la série Graviplus avec quatre modules de dosage Labline ; l’un des modules peut être automatiquement alimenté en matériau par une unité de transport Metro, tandis que les trois autres doivent être remplis manuellement. (Image : motan-colortronic)

Le système de dosage modulaire peut être rapidement et facilement adapté pour l'alimentation en granulés, microgranulés, poudre, matière broyée et liquides, ainsi que pour diverses tâches de dosage, grâce à ses quatre modules de dosage différents. (Image : motan-colortronic)

Le système de dosage est contrôlé par une unité de commande Gravinet GP, dont l’utilisation se fait via un menu affiché sur un écran tactile TFT de 12,1". (Image : motan-colortronic)

Pour le développement de procédés innovants respectueux du climat et des ressources, ainsi que de matériaux pour la construction de véhicules, la menuiserie et l'ameublement, ainsi que de nombreuses autres applications, une installation unique en son genre à l'échelle nationale avec un caractère pilote a été installée à l'Université de Rosenheim. L'objectif du projet d'investissement est de combiner les avantages du bois ou des fibres naturelles avec ceux des plastiques, afin de développer des produits innovants technologiquement à partir de composites de fibres naturelles et de plastiques, ainsi que des technologies de fabrication adaptées.

« MUNACU » – une coopération de recherche interfacultaire

Le déclencheur initial du projet de coopération interfacultaire « MUNACU – Composites de fibres naturelles multifonctionnels » a été une annonce du ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF). Selon celle-ci, le BMBF soutient dans le cadre du programme de financement « FHInvest » les universités de sciences appliquées qui souhaitent développer leur profil de recherche ou un axe de recherche à l'aide de projets d'investissement pour la mise à disposition et l'utilisation d'équipements de recherche.

« Notre réflexion de départ était de relier la transformation classique du bois à la technique éprouvée et efficace de l'injection par moulage (One-Shot-Technik) », explique Peter Karlinger, professeur à l'Université de Rosenheim, qui raconte l'évolution du projet. Karlinger supervise notamment le domaine de l'injection et mène des recherches dans les domaines de la technique des procédés d'injection, de la construction légère et de la technique des salles blanches. Avec ses collègues Dr.-Ing. Michael Schemme, dont la spécialité est les matériaux composites à fibres, ainsi que Dr. Andreas Michanickl de la faculté de technologie du bois et de la construction, il a conçu le projet « Construction légère multifonctionnelle avec des matières premières ou matériaux naturels, notamment avec des fibres renouvelables. »

Configuration globale de l'installation

Dans la configuration de l'installation, les chercheurs ont adopté une approche globale – qui correspond également au thème directeur supérieur « Du matériau brut aux fibres, jusqu'à la pièce ». La pilotée est donc assez complexe, composée de plusieurs composants dans différents domaines :

- Installation de raffinage en laboratoire pour la technologie des matériaux ligneux, pour la production de fibres définies à partir de matières premières naturelles
- Compoundur d'injection DCIM dans le centre de traitement des plastiques
- Station de dosage gravimétrique synchronisée de mélange et de dosage avec quatre modules de dosage pour l'alimentation du compoundeur
- Unité de fermeture verticale qui peut également servir de presse de préformage
- Agrégat d'injection supplémentaire (agrégat Bolt-On)
- Compoundur d'injection IMC avec un dosage gravimétrique continu
- Robot à 6 axes, outils d'essai et dispositifs de contrôle

Préparation et transformation des matériaux avec la technologie DCIM

Dans le procédé d'injection par moulage en ligne (DCIM), la préparation des matières premières et la mise en forme ultérieure se font en une seule étape de fabrication.

Pour cela, un extrudeur de compoundage à vis unique fonctionne en continu avec une unité standard de plastification et d'injection. À l'extrémité de l'extrudeur, un clapet de dérivation régule l'alimentation en matériau vers l'unité de plastification et d'injection. Un réservoir de fusion n'est pas nécessaire ici ; le processus d'injection lui-même reste inchangé.

La transformation directe dans une chambre chaude présente des avantages à la fois techniques et économiques. Parmi ceux-ci, une meilleure qualité du matériau en raison d'une charge thermique et mécanique moindre (moins de cisaillement). Il est également possible d'incorporer des fibres plus longues et de les répartir de manière homogène et douce, ce qui est important pour la transformation de fibres naturelles. La suppression de l'étape intermédiaire de semi-fabrication entraîne également des économies de coûts et d'énergie. La technologie DCIM est une co-conception de KraussMaffei, Motan-Colortronic et du développeur de compounds Exipnos.

Dosage en ligne à 4 voies – Précision dans le dosage des composants

Alimentation en matériau du compoundeur par une unité de dosage gravimétrique synchronisée de la gamme Graviplus de Motan-Colortronic, Friedrichsdorf. Le système de dosage est équipé de quatre modules de dosage Labline. Pendant qu’un module de dosage avec un dispositif de transport Metro peut être rempli automatiquement, les trois autres doivent être remplis manuellement. Pour l’équipement de base, des vis de dosage pour différentes propriétés de granulés (libres, modérément fluides et difficiles à couler) ont été sélectionnées. Un dispositif de dosage est équipé d’un module à double vis.

Le système de dosage modulaire peut être rapidement adapté sans effort aux différentes tâches de dosage, ce qui le rend idéal pour les activités de recherche prévues. En option, différents modules de dosage pour granulés, microgranulés, poudres et matières broyées, ainsi que pour liquides, sont disponibles. Pour les matériaux difficiles ou non fluidifiables, le « kit de dosage » comprend des modules de dosage à double vis et à vis sans fin.

Le Graviplus fonctionne selon le principe de la pesée différentielle, également connu sous le nom de « principe de perte de poids » (loss-in-weight). Par rapport à un dispositif de dosage par lots, la technique loss-in-weight offre une précision de dosage nettement supérieure, comme le montrent des essais de dosage réalisés dans un projet antérieur. Cet aspect est particulièrement important pour les matériaux difficiles à doser. De plus, en injectant directement dans le compoundeur, les risques de séparation sont presque éliminés. Outre la précision de dosage requise, cela constituait une autre raison en faveur d’un dosage gravimétrique continu.

En fonctionnement, le système compare le débit réel avec le débit cible enregistré, détectant immédiatement toute déviation. Les écarts sont compensés par la vitesse de rotation des organes de dosage. La sortie du matériau se fait en continu et de manière synchronisée dans le récipient de collecte. De là, le mélange homogène ainsi obtenu est acheminé vers l’aspiration du compoundeur. Aucun risque de séparation n’est à craindre avec cette méthode.

Étant donné que le flux de matériau est surveillé et régulé en continu en fonction du poids, les fluctuations de poids du silo, les variations de taille des grains ou le comportement d’écoulement changeant n’ont pratiquement aucun impact sur la précision du dosage. Cet aspect joue également un rôle important dans les prochaines études à Rosenheim, car le dosage et le transport des fibres naturelles représentent un défi considérable.

Le système de dosage est contrôlé via la commande Gravinet GP, dont l’utilisation se fait via un menu sur un écran TFT tactile de 12,1 pouces. Les messages et alarmes sont affichés en clair.

« Outre la grande précision de dosage et la reproductibilité des résultats, la facilité d’utilisation du système était une exigence claire. En quelques gestes, nous pouvons faire varier la configuration de l’essai ainsi que changer de matériau », explique Karlinger en complément.

Axes de recherche prévus

Avec la technologie de l’installation désormais disponible, les experts en bois et en plastiques disposent d’un large éventail pour des investigations matérielles et procédurales. Au centre de ces travaux se trouve la recherche et le développement de nouveaux matériaux et procédés de construction légère, afin de fabriquer des pièces avec des fibres naturelles de manière économe en ressources, peu coûteuse et polyvalente. En association avec le compoundur d’injection IMC – également équipé d’un système de dosage gravimétrique continu de Motan-Colortronic – des études comparatives entre DCIM et l’extrudeuse à double vis classique à vitesse constante sont également prévues.