Application du rouleau à brosse en nylon et du rouleau non tissé pour la production de tôles et de bandes d’aluminium

0 Préface

Avec le développement rapide de la technologie industrielle, l’utilisation de tôles et de bandes d’aluminium comme matériau de base de l’industrie moderne est devenue de plus en plus répandue, et les exigences relatives à leur surface sont également devenues de plus en plus élevées. Ces dernières années, les rouleaux de brosse en nylon ont été largement utilisés dans les processus de nettoyage, de dégraissage, de nettoyage des rouleaux, de polissage et autres pour les bandes d’aluminium. Les rouleaux non tissés sont employés pour les opérations de dégraissage et d’essorage afin d’améliorer considérablement la qualité de surface des bandes. Cet article présente et analyse le principe de fonctionnement, la classification et les caractéristiques des rouleaux de brosse en nylon et des rouleaux de laminoir non tissés, ainsi que leur application dans la production de tôles et de bandes d’aluminium et les questions connexes, à l’intention des fabricants de tôles et de bandes ainsi que des fabricants d’équipements associés.

1 Caractéristiques et classification des rouleaux de brosse en nylon

1.1 Caractéristiques du rouleau de brosse en nylon

Le nom chimique du nylon est également connu sous le nom de polyamide (PA). Étant un polymère cristallin et présentant une forte cristallinité, sa résistance à la traction, sa dureté, son élasticité et sa résistance à l’usure sont supérieures à celles des autres plastiques. Par ailleurs, le nylon possède une bonne résistance chimique. En particulier, il offre une excellente résistance aux huiles et peut résister aux acides faibles, aux alcalis faibles et aux solvants courants. Par conséquent, il constitue le premier choix dans la fabrication de bandes en aluminium parmi de nombreux filaments de brosses en plastique technique, ce qui présente une certaine rationalité et une certaine inévitabilité.

1.2 Classification et caractéristiques du filament en nylon

1.21 Filament en nylon 66

À l’heure actuelle, les filaments de brosse utilisés dans la fabrication industrielle de brosses comprennent principalement le nylon 6, le nylon 66, le nylon 610, le nylon 1010, le nylon 612 et d’autres matériaux en nylon. Pendant le processus de laminage à froid des tôles et bandes d’aluminium, en raison du frottement et du laminage entre le cylindre et la surface de la bande, la surface produit une fine poudre oxydée qui se détache et s’adsorbe, et l’huile de laminage ainsi que les composants en suspension qu’elle contient restent sur la surface de la bande. Si cette couche n’est pas nettoyée à temps, elle adhère à la surface des cylindres du niveleur par étirement-courbure, provoquant l’usure de la surface des cylindres et endommageant celle de la bande. Pour cette raison, le procédé de lavage à l’eau chaude à haute température est indispensable. Cependant, parmi les nombreux filaments de brosse en nylon, la plupart des matériaux en nylon ont un point de fusion d’environ 210°C, ce qui entraîne leur dégradation et leur déformation lorsqu’ils sont utilisés pendant une longue durée à une température d’eau supérieure à 80°C, tandis que le nylon 66 a un point de fusion de 250°C et ne se déforme pas lorsqu’il est utilisé dans de l’eau chaude à plus de 80°C. Par conséquent, les filaments de brosse en nylon 66 sont principalement utilisés pour le nettoyage des bandes d’aluminium. Mais le défaut majeur du nylon 6 est qu’il présente une absorption d’eau trop élevée (1,5 %). Le brossage dans l’eau ramollit les filaments de brosse et réduit leur rigidité, ce qui entraîne un dégraissage insuffisant. De plus, le nylon lui-même n’est pas résistant aux alcalis forts, ce qui réduit également la durée de vie du rouleau à brosse.

1.2.2 Filament DT-Belon

Compte tenu des problèmes rencontrés avec les filaments de brosse susmentionnés, certaines entreprises étrangères ont ajouté de la nano-montmorillonite et d’autres matériaux à base de nylon 66, développant ainsi les filaments de brosse DT‑Bellon, dont l’absorption d’eau est nettement inférieure à celle du nylon 66, tandis que leur résistance aux alcalis et leur résistance à la traction ont été considérablement améliorées, ce qui a permis de résoudre entièrement le problème du brossage des bandes d’aluminium. Après tests, leur efficacité de polissage s’avère deux fois supérieure à celle du nylon 66, et la durée de vie du rouleau de brosse est multipliée par 3 à 5.

1.23 Contenant du fil abrasif

Les poils de brosse abrasifs sont des poils de brosse abrasifs de différentes épaisseurs fabriqués en ajoutant environ 30 % de carbure de silicium et d’autres abrasifs aux matériaux en résine de nylon par mélange, extrusion, tréfilage et autres procédés. Le nylon 612 est le premier choix parmi les matériaux en nylon. Outre les caractéristiques du PA, le nylon 612 présente également les avantages suivants : largeur relativement réduite, faible absorption d’eau (0,1 %), bonne densité et stabilité dimensionnelle, ainsi qu’une haute résistance à la traction. Le nylon 610 est également utilisé comme matériau de tréfilage, mais son rapport coût/performances est faible. Selon les différents matériaux utilisés, on distingue principalement les types de poils de brosse suivants actuellement :

(1) Les filaments abrasifs au carbure de silicium sont fabriqués en ajoutant de la poudre de carbure de silicium au nylon. En raison de la forme polygonale de la structure du carbure de silicium, les produits obtenus présentent un aspect brillant, et l’industrie des bandes utilise principalement des grains de 180 à 800.

(2) De la poudre d’alumine est ajoutée aux filaments abrasifs à l’alumine et aux filaments en nylon. En raison de leur structure multi-prismatique, les produits obtenus ont un aspect mat, principalement de grain 180 à 800.

(3) Le fil de brosse diamanté est fabriqué à partir de nylon contenant de la poudre de diamant. Grâce à sa netteté et à sa dureté exceptionnelles, il est principalement utilisé pour le polissage miroir et d’autres procédés dans la production de bandes d’aluminium, et on utilise principalement des grains de 320 à 3000.

(4) Fil abrasif spécial résistant aux hautes températures
Le fil abrasif résistant aux hautes températures est principalement fabriqué à partir de résine synthétique PPS ou PEEK et d’un procédé de tréfilage abrasif. Comme son point de fusion atteint 300℃ et 355℃, il est principalement utilisé dans le processus de nettoyage par polissage à sec ou par laminage à chaud. Dans les mêmes conditions de polissage à sec à grande vitesse, les fils abrasifs classiques ont déjà fondu et se sont déformés, mais les fils résistants aux hautes températures peuvent encore être utilisés normalement.

(5) Fil de brosse multifilamentaire
Bien que des poils de brosse plus fins soient souvent utilisés pour le brossage des bandes d’aluminium de précision, les poils étant toujours uniques, des rayures restent visibles à la surface de la plaque après observation attentive. Pour cette raison, l’Allemagne, le Japon et la Corée du Sud ont successivement introduit des poils de brosse multi-brins, c’est-à-dire qu’il existe d’innombrables fibres fines dans les poils de brosse de 0,5 mm. Le fil devient une surface de brosse, ce qui résout très bien ce problème.

1.3 Choix des rouleaux de brosse pour la production de tôles et de bandes d’aluminium

(1) Machine de nettoyage par étirage-courbure et nivellement : La machine de nettoyage par étirage-courbure et nivellement est généralement la dernière étape de la production de tôles d’aluminium. Les exigences concernant la surface de la tôle sont extrêmement strictes. Par conséquent, le rouleau à brosses interne est constitué d’un rouleau à brosses spécialement conçu. Le fil des brosses est un fil de brosse multi-brins provenant de l’entreprise allemande Haar ou de l’entreprise japonaise Hotan, ou bien un fil de brosse en nylon inférieur à 0,15 mm. Un fil de nylon de 0,3 à 0,5 mm peut être utilisé pour le nettoyage des bandes de tôles épaisses en aluminium.

(2) Brosse de nettoyage des cylindres de laminoir à chaud : L’objectif de la brosse de nettoyage des cylindres de laminoir à chaud est d’utiliser des brosses métalliques dans l’ensemble du processus. En raison de la fragilité du fil d’acier, il est facile de provoquer des ruptures et des rayures sur la surface du cylindre. À l’heure actuelle, la plus efficace est la brosse abrasive à pulvérisation interne. Généralement, on utilise un filament abrasif en nylon 180#, et la densité des poils de la brosse ne doit pas être inférieure à 50 %. En raison du point de fusion bas du nylon, il peut parfois se produire une combustion des poils de la brosse lorsque la quantité d’eau est insuffisante. De nombreux fabricants ont commencé à utiliser des filaments abrasifs résistants aux hautes températures, mais leur prix est relativement plus élevé.

(3) Brosse de nettoyage des rouleaux de laminoir à froid : Ces dernières années, le nettoyage des rouleaux de laminoir à froid a commencé à attirer l’attention de nombreux fabricants. En plus d’éliminer la saleté à la surface du rouleau, la brosse de nettoyage ne doit pas rayer la surface du corps du rouleau. Mingtai Aluminum a mené de nombreuses expérimentations en collaboration, choisissant des filaments abrasifs de moins de 0,5 mm, en contrôlant la longueur des filaments de la brosse dans une plage donnée, en maintenant la densité des filaments au-dessus de 60 %, et en effectuant plusieurs étapes de polissage, du grossier au fin, ce qui constitue la meilleure approche.

(4) Polissage des panneaux miroir : En raison des défauts de collabilité et d’oxydation facile de la tôle et de la bande en aluminium, le polissage des panneaux miroir reste depuis longtemps un problème qui afflige les fabricants de tôles et bandes en aluminium. Pour cette raison, après des années de tests en coopération avec Henan Mingmingtai Aluminum, il a été constaté que le rouleau à brosse diamantée 320#-3000# constitue une bonne solution.

(5) Brosse de polissage miroir pour cylindres : Le polissage miroir des cylindres constitue un problème majeur dans l’industrie de la bande d’aluminium. À l’heure actuelle, la plupart des fabricants utilisent encore la solution de polissage par bande abrasive, qui est longue et laborieuse. Le plan de rafraîchissement du polissage miroir des cylindres consiste à utiliser du PEEK comme matériau, en y ajoutant de l’abrasif 5000#, pour fabriquer une brosse à disque, et à l’équiper d’un équipement spécial destiné au polissage. Il fallait initialement 5 jours pour effectuer le polissage, mais désormais, il ne faut plus que 2 heures pour obtenir un effet miroir de 0,001.

1.4 Remise en forme du rouleau de brosse

Après une utilisation prolongée du rouleau à brosse, deux grosses haltères (ou communément appelées os de chien) apparaîtront à sa surface. Les méthodes suivantes peuvent être utilisées pour l’entretenir au bon moment :

(1) Que ce soit du nylon pur ou des filaments abrasifs, ils peuvent être coupés avec un outil spécial ; le porte-outil est simple et facile à installer sur un tour ;

(2) Le rouleau à brosse à filaments abrasifs peut être installé sur une rectifieuse cylindrique ou un tour. La meule est reprise, et la meule peut être une meule en carbure de silicium 46#.

2 Caractéristiques et applications des rouleaux de laminoir non tissés multi-usages

Le rouleau non tissé multi-usage est un rouleau non tissé fabriqué en frittant un matériau non tissé spécial pour lui donner une structure cylindrique par un procédé spécifique, puis en l’enroulant sur un arbre en acier, ce qui le différencie des rouleaux traditionnels en caoutchouc et en acier. La caractéristique principale de ce rouleau est l’utilisation d’un matériau non tissé spécial à structure interne en réseau, capable d’absorber l’huile, l’eau et de retirer la poudre résiduelle présente à la surface de la feuille, tout en offrant un coefficient de friction élevé.

2.1 Essorage dans la ligne de lavage

Dans la dernière étape de la ligne de production de nettoyage, il ne s’agit que d’ajouter un rouleau presseur en caoutchouc. En raison du défaut selon lequel le rouleau en caoutchouc lui-même ne peut pas absorber l’eau, une grande quantité d’eau doit être séchée dans le tunnel de séchage suivant, ce qui consomme beaucoup d’énergie. La moindre négligence laissera des traces d’eau sur la surface des plaques et des bandes, ce qui affectera directement la qualité esthétique des plaques et bandes d’aluminium. Selon les calculs, une grande partie des coûts de la ligne de nettoyage sera consacrée au séchage ultérieur des plaques et bandes. De manière générale, chaque augmentation de 1 % du taux de séchage équivaut à 5 % d’eau en moins évaporée dans le tunnel de séchage, ce qui signifie que la consommation d’énergie augmente d’environ 5 %. Plus grave encore, l’utilisation de rouleaux usagés entraîne un encrassement, et les résidus ne sont pas complètement essorés, ce qui donne à la surface une structure linéaire supplémentaire, avec un pouvoir réfléchissant d’environ 30 %.

L’effet d’essorage de l’enrouleur en non-tissé est augmenté de plus de 5 fois, ce qui permet de réaliser des économies d’énergie considérables. La surface de la tôle est très propre et brillante, avec un taux de réflectivité supérieur à 90 %. Autrefois, il fallait remplacer le rouleau en caoutchouc une fois par mois. La production de tôles et de bandes d’aluminium atteignait jusqu’à 1200 t. Désormais, elle produit 4000 t avant de nécessiter un nouveau rodage. La durée de vie du rouleau dépasse 2 ans, ce qui permet de réduire considérablement les coûts.

2.2 Amélioration de la technologie de dégraissage des tôles nervurées

Le dégraissage de la plaque à motifs est un problème difficile dans la production de bandes. Après de nombreux développements, un rouleau d’aspiration sous vide pour plaques à motifs a été mis au point sur la base de rouleaux non tissés. Le principe de base consiste à recouvrir l’arbre du rouleau sous vide de matériaux élastiques de différentes duretés afin de s’adapter à la surface irrégulière de la plaque à motifs et d’aspirer l’huile vers le corps du rouleau pour obtenir l’effet de dégraissage. À l’heure actuelle, il est bien accueilli par de nombreux fabricants tels que Mingtai Aluminum, comblant ainsi une lacune dans ce domaine en Chine (voir la figure 4).

Figure 4 Rouleau d’essorage sous vide pour tôles profilées

2.3 Amélioration de la fonction du rouleau de guidage d’entraînement

Dans le processus traditionnel, la plupart des rouleaux de guidage et des rouleaux en S utilisés dans la production de tôles et de bandes d’aluminium sont fabriqués à partir de rouleaux en caoutchouc polyuréthane, mais en raison de leur coefficient de frottement insuffisant, les bandes glissent et dévient de temps en temps. Le rouleau multi-usage pour laminoir non tissé, grâce à sa structure enrobée de fibres, possède un coefficient de frottement élevé qui garantit une traction et un contrôle de guidage stables, voir Tableau 1.

Il ressort du Tableau 1 que le coefficient de frottement de la bobine non tissée est 20 à 40 fois plus élevé que celui de la bobine en acier et de la bobine en caoutchouc. Ce coefficient de frottement élevé permet d’augmenter la tension de 20 à 40 fois simultanément, assurant ainsi le bon fonctionnement du rouleau de tension et évitant des phénomènes indésirables tels que le relâchement de la bobine pendant le fonctionnement.

Grâce aux excellentes caractéristiques de la bobine non tissée elle-même, outre les applications mentionnées ci-dessus, elle est également largement utilisée sur les bandes d’aluminium, pour le repassage des feuilles d’aluminium et sur les machines de refendage. La durée de vie de la bobine est 8 à 10 fois supérieure à celle de la bobine en caoutchouc, ce qui réduit considérablement les coûts et le temps nécessaire au remplacement de la bobine pour l’utilisateur, tout en améliorant l’efficacité de la production.

À l’heure actuelle, les rouleaux non tissés DT occupent une grande part du marché dans la production de bandes de cuivre et d’aluminium domestiques, et les fabricants de bandes d’acier ont également commencé à les utiliser. Les produits ont progressivement atteint leur maturité et se sont développés à une échelle suffisante pour remplacer les importations. Testés par le fabricant italien MINO, reconnu mondialement dans le domaine des laminoirs, les indicateurs techniques et la rentabilité des rouleaux non tissés DT ont dépassé ceux des produits similaires importés.
Les bobines non tissées DT sont très appréciées des utilisateurs pour leur rapport qualité-prix élevé, leur délai de livraison court et leur entretien facile, et présentent une grande valeur promotionnelle.

3 Machine d’essorage sous vide

La machine à essorer sous vide est un nouveau type de machine à essorer sous vide modifiée sur la base du rouleau multi-usage non tissé original. Le principe consiste à transformer le corps du rouleau à noyau solide de l’ancien rouleau multi-usage non tissé en un rouleau sous vide muni de rangées de trous correspondantes sur sa surface. Pendant le fonctionnement, le liquide présent sur les plaques et les bandes est chassé vers l’intérieur du corps du rouleau, puis la pompe de circulation du système sous vide de la machine permet de l’évacuer. Le liquide est filtré via le système de séparation gaz-eau et peut être réutilisé. Le principe de fonctionnement est illustré à la Figure 5.

Cette machine est souvent utilisée et rigoureusement testée par de nombreux fabricants tels qu’Aluminum Co., Ltd., Mingtai Aluminum et Sanfeng Copper. Par rapport au rouleau non tissé d’origine, le taux de séchage du presseur sous vide est augmenté de plus de 30 %. La pratique a démontré que l’utilisation du presseur sous vide constitue le moyen le plus efficace pour éliminer les liquides dans la production de tôles et de bandes. Le projet a obtenu le brevet national de modèle d’utilité et a passé avec succès l’évaluation d’experts organisée par le Bureau des sciences et technologies de Xianyang, dans la province du Shaanxi. Il est unanimement reconnu que ce projet a atteint un niveau avancé au niveau national et constitue une réalisation qui mérite une promotion active.

4 Résumé

Dans le processus de production des tôles et bandes d’aluminium, le nettoyage, le dégraissage, le nettoyage du rouleau, l’essorage, le polissage et d’autres étapes constituent l’une des mesures clés pour garantir leur haute qualité de surface. Les rouleaux à brosse en nylon et les rouleaux multi-usages non tissés présentent une série d’excellentes caractéristiques. Ils jouent un rôle important dans l’amélioration de la qualité de surface des tôles et bandes d’aluminium et méritent d’être activement promus et appliqués.