Qu'est-ce qu'une résine ? Quelles sont les précautions à prendre pour filtrer ce type de matériaux ? Quels filtres privilégier ? Sofise fait le tour de la question.
Zoom sur les résines polymères
Les résines sont des produits polymères, utilisés comme matériaux de base pour fabriquer par exemple des matières plastiques, des textiles, des peintures (liquides ou en poudre), mais aussi des adhésifs, des vernis ou encore des mousses de polymère.
Elles sont constituées de macromolécules.
En fonction de la nature et de la structure des polymères qui les constituent, elles sont thermoplastiques ou, au contraire, thermodurcissables :
- une résine thermoplastique est constituée de chaînes linéaires ou ramifiées. Au sein de la résine, ces chaînes sont liées entre elles par des liaisons dites « faibles » (de type liaison de Van der Waals et liaison hydrogène). Les résines thermoplastiques peuvent être dissoutes dans certains solvants et se ramollissent à la chaleur, d'où leur nom.
- une résine thermodurcissable est constituée de chaînes linéaires réticulées entre elles. Ces chaînes sont liées dans l'espace cette fois par des liaisons fortes de type covalent. Elles forment donc un un réseau tridimensionnel insoluble et infusible.
Des solutions de filtrations dédiées
Les matières plastiques sont fabriquées à partir de résines, auxquelles on ajoute des adjuvants et additifs : solvants, charges de calcium, pigments organiques, antioxydants, modificateurs de surface (pour lisser la résine par exemple), agents porogènes (pour obtenir des matériaux alvéolaires), ignifugeants, antistatiques, fongicides … Selon leur rôle ou leur nature, ils ont une action physique, chimique ou physico-chimique au sein du polymère.
Les résines thermodurcissables sont généralement traitées par injection-réaction. Les polymères qu'elles contiennent se combinent au cours du processus de durcissement pour former une liaison chimique permanente. Ils polymérisent de manière irréversible.
Les plastiques thermodurcissables obtenus présentent une bonne résistance aux agressions chimiques, une résistance élevée à la chaleur et une bonne solidité mécanique. Ils sont fréquemment utilisés dans l’usinage de pièces plastiques, en raison de leur résistance à la déformation et aux chocs. Parmi les polymères plastiques thermodurcissables, on peut citer les époxydes, les composés phénoliques, les silicones et les polyesters.
Les granulés de thermoplastique se ramollissent lorsqu’ils sont chauffés et deviennent de plus en plus fluides avec la température. Ils ont des points de fusion beaucoup plus bas que les thermodurcissables. Ils sont moulés par extrusion et soufflage. Le processus de durcissement est totalement réversible. Cette caractéristique permet aux matériaux thermoplastiques d’être remoulés et recyclés sans dégrader leurs propriétés physiques. Les plastiques obtenus sont alors des plastiques souples. Selon leur usinage, les thermoplastiques peuvent servir à diverses applications à faible contrainte mécanique : fabrication de sacs plastiques, films, bouteilles et flacons, pièces pour l'industrie électronique… Parmi les polymères thermoplastiques, on peut citer le polyéthylène, le PVC, le nylon.
Des matériaux exigeants
Les résines polymères sont des matériaux qui doivent être manipulés avec précaution, pour ne pas altérer leurs propriétés et, in fine, celles des produits plastiques finis. Les process d'usinage mis en oeuvre doivent donc être parfaitement maîtrisés. Des filtres sont utilisés tout au long du process.
Très visqueuses, les résines sont également sensibles à la température et aux agressions chimiques. Elles sont aussi très sensibles à la présence d'impuretés. Elles peuvent par exemple contenir des monomères non polymérisés, des résidus catalytiques, des poussières diverses, qui doivent être éliminés. Dans certains cas, elles doivent subir un lavage.
Pour obtenir des fibres de haute qualité, avec peu de casse et un rendement élevé, la fusion du polymère doit être homogène, sans gel et sans concentration importante. Il faut donc éviter, lors des étapes de filtration, comme tout au long de la chaîne de production, la formation d'agrégats de polymères.
Autre point d'attention : le taux de cisaillement, qui doit être contrôlé, en particulier lors des étapes de filtration. Trop élevé, il va modifier la viscosité et altérer la structure de la résine et donc les propriétés du matériau plastique fabriqué.
En matière de filtration, le défi est donc de taille dans les industries mettant en oeuvre des résines !
En savoir plus sur la viscosité et le cisaillement
Des solutions de filtrations dédiées
Pour répondre à ces différentes contraintes, on peut recourir à des dispositifs composés d'éléments filtrants métalliques, sous forme de fibres, de treillis ou de poudres par exemple. Résistants, adaptés à la filtration de fluides visqueux, ils ne relarguent pas d'impuretés.
L'utilisation de poudres métalliques permet, par exemple, de réaliser des médias filtrants particulièrement uniformes et résistants à la corrosion, en acier inoxydable ou dans des alliages innovants à base de nickel comme l'Hastelloy®. Ce type de média sert par exemple à fabriquer des éléments filtrants cylindriques qui assurent une filtration en profondeur efficace, et ce avec une bonne durée de vie. On utilise notamment ces filtres pour fabriquer des films en polypropylène.
Les filtres à bougies, constitués d'éléments filtrants métalliques (en acier inoxydable ou d'autres alliages) tubulaires -les bougies- montés verticalement en parallèle dans une enceinte pressurisée, constituent une option intéressante. Un plateau tournant amène les bougies l'une après l'autre en face de l'orifice d'arriver du fluide à traiter.
Pour des applications de filtration à chaud de polymères plastiques très visqueux, on pourra adopter une autre géométrie et privilégier les filtres métalliques à disques. Les disques en acier inoxydable, sont fixés les uns au-dessus des autres sur un arbre, dans une enceinte pressurisée. Le gâteau de filtration, qui contient les impuretés retenues, se forme sur les plateaux du filtre ; le filtrat est entraîné vers l’intérieur avant d'être récupéré. Ces filtres métalliques à disques peuvent être nettoyés par lavage ou vibration.
Les filtres à disques garantissent un écoulement régulier du plastique traité et une excellente rétention des impuretés. Leur grande surface de filtration limite les pertes de charge et prévient la dénaturation des polymères à traiter. Leurs performances sont très bonnes, avec par exemple des seuils de filtration compris entre 5 et 40 μm. Ils sont notamment utilisés pour la fabrication de films d'emballage en polytéréphtalate d'éthylène (PET) et de puces électroniques.
Retrouvez un exemple de filtration dans un circuit de production de polymères
Alternative aux filtres métalliques, les cartouches dotées d’une structure rigide, basée sur la technologie de fusion-soufflage, dite « meltblown », également employée pour fabriquer des masques filtrants. Ces cartouches sont spécifiquement adaptées à la filtration de fluides à haute viscosité et donc de certains polymères. Ce procédé permet d'obtenir une structure de média de filtration extrêmement solide. Cette résistance est essentielle pour empêcher les déformations aux pressions différentielles élevées souvent associées aux fluides à viscosité élevée.
Retrouvez un exemple de filtration de résine de polyester par cartouche VisClear II meltblow
