Procédé de conformation d'une matière organique plastique et appareil pour la mise
en oeuvre de ce procédé.
La présente invention concerne la tech- nique de -conformation de matières organiques plastiques par refoulement de celles-ci à travers une filière pour former des profilés allongés ou continus.
L'invention est relative à un procédé de conformation d'une matière organique plastique, caractérisé par le fait qu'on refoule la matière plastique, sous la forme d'un courant de matière, à partir d'une tuyère à travers une filiére, qu'on maintient une pellicule continue de lubrifiant entre la matière plastique et la filière sur la totalité de la surface de cette filière en alimentant cons tuniment la filière avec ledit lubrifiant sous une pression supérieure à celle qu'on applique à la matière plastique, qu'on enrobe la matière plastique, à l'endroit où elle appro- che de la surface de conformation initiale de la filière, dans ledit lubrifiant, et qu'on règle l'écoulement de celui-ci dans la filière et son enlèvement de fanon que le débit du lubrifiant ait une valeur très faible.
fixée d'avanee.
L'invention est également relalive à un appareil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend une filière, une tuyère faisant saillie à l'intérieur de cette filière, des moyens pour amener de la matière plastique organique à ladite tuyère, une source fournissant un lu lubrifiant sous une pression élevée, des conduites de raccordement reliant la source de lubrifiant à haute pression et l'espace intérieur de ladite filière, et pénétrant dans cette dernière à l'arrière de l'extrémité de ladite tuyère,
lesdites conduites de raccordement comprenant un dispositif d'étranglement limi tant le débit du lubrifiant qui pénètre dans la filière, à une très faible valeur par unité de surface du profilé refoulé par ladite filière et par unité de temps, ces conduites de raccordement étant disposées de manière à enrober la tuyère et la matière plastique qui sort de cette dernière dans du lubrifiant et à maintenir une pellicule de lubrifiant entre la -ma- tière plastique et les points de contact de celle-ci avec la surface de ladite filière.
L'invention vise à éliminer les tensions dans les profilés refoulés ce qui permet un traitement thermique prolongé et une grande vitesse de production des profilés refoulés.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil de l'invention.
Les fig. la et lb sont des vues schémati- elles, partie en coupe et partie en élévation, montrant, lorsque la fig. la est placée à droite de la fig. lb, un appareil suivant l'invention, la longueur totale d'une filière étant représentée à l'échelle.
La fig. 2 est une vue partielle en coupe horizontale et à plus grande échelle d'un détail de la fig. la
La fig. 3 est une vue en élévation montrant plus complètement le détail représenté à la fig. 2.
La présente invention est particulièrement applicable dans la conformation par refoulement d'une matière de moulage thermoplastique organique et exempte de solvant telle que le méthacrylate de polyméthyle et elle sera décrite appliquée à la production de tiges rondes en une telle matière à partir de la matière à l'état froid, solide et granuleux, connue en technique sous le nom de poudre de moulage pour se terminer à l'état de produit fini.
La matière plastique organique est d'abord chauffée aussi uniformément que possible pour la ramollir jusqu'à un état où elle est facile à travailler, Ide préférence jus- qu'à ce qu'elle présente une viscosité relativement faiblie. Cette opération peut être effectuée avantageusement dans un dispositif d'alimentation à vis chauffé, relié à la filière à travers laquelle la matière plastique, ra- mollie thermiquement, est forcée solusl une pression appliquée de manière continue pour la faire passer à travers la filière et lui don uer 1Q forme de celle-ci.
Un lubrifiant approprié est choisi pour la lubrification de la filière à travers laquelle la matière plastique doit être forcée; divers types de lubrifiants peuvent être utilisés. Un exemple de type de lubrifiant qu'il est pré férable d'utiliser dans le refoulement du méthacrylate de polyméthyle est l'huile de boîte de vitesses ou l'huile du type utilisé dans les différentiels d'automobiles qui est une huile minérale. L'huile ou autre lubri- fiant doit être stable et ne pas se dissocier aux très hautes températures de la matière plastique lorsque celle-ci vient au contact du lubrifiant.
Une telle huile peut avoir une viscosité de 1100 à 3000 secondes à 1900 en- viron (déterminée par le procédé de la pipette de viscosité de Ostwald), de façon que le lubrifiant 'conserve de bonnes propriétés lu- brifiantes à des température et pression élevées. Cette huile donne un meilleur fini au profilé refoulé que la plupart des autres lubrifiants.
Le lubrifiant utilisé, que ce soit de l'huile ou une autre matière lubrifiante, doit être non miscible et inerte vis-à-vis de la matière plastique idans les conditions régnant dans la filière, bien qu'une légère absorption superficielle du lubrifiant par la matière plastique soit permise dans certains cas. Si la présence Ide ce lubrifiant est nuisible, la couche superficielle du profilé refoulé qui peut contenir du lubrifiant peut être enlevée par un polissage.
Le type indiqué de lubrifiant donne de bons résultats en refoulant à la fois des profilés en méthacrylate de polyméthyle et en polystyrolène et également en d'autres matières plastiques, telles que l'acétate de cellulose. D'autres lubrifiants utilisables sontla glycérine mélangée avec un savon métal- lique et les mélanges de glycérine et de dcx- trine. Si le lubrifiant est trop visqueux, il peut être chauffé pour faciliter son écoulement dans la filière.
Pour obtenir de bons résultats, une pellicuIe continue de lubrifiant est maintenue appliquée sur la filière en tous, les points de contact possibles entre la matière plastique et la filière. Si 'cette pellicule fait défaut, la matière plastique vient au contact de la surface de la filière et adhère à celle-ci en provoquant une augmentation de la résistance à l'écoulement de la matière plastique et de la surface d'adhérence, jusqu'à ce que la matière plastique soit durcie dans la filière.
Pour garantir une continuité parfaite de la pellicule, il est nécessaire que le lubrifiant soit introduit à très haute pression. Cependant, cela peut entraîner immédiatement des difficultés, soit que la matière plastique déplace le lubrifiant et qu'un collage en résulte, soit que le lubrifiant 'déplace la matière plastique et la déforme et peut même la sectionner à l'endroit où eelle-ci pénètre dans la filière. Il y a toujours danger que la matière plastique obture le ou les orifices à travers lesquels s'écoule le lubrifiant dans la filière
et, inversement, il y a danger que le lubri
fiant s'écoule vers l'arrière à travers la ma
tière plastique dans le dispositif de refoule-
ment.
Lorsque cela arrive, la eharge de ma
trière plastique dans l'appareil est détériorée
et doit être éliminée.
Pour contrôler le maintien d'une pellicule
de lubrifiant comme indiqué ei-dessus, le
lubrifiant est amené à partir d'une souree
haute pression et admis dans la filière en
quantité suffisante pour remplir part.ielle
ment cette filière, après quoi 'la inatièreplasti-
que est introduite dans la filière et forcée à
travers celle-ci. Le lubrifiant doit être amené
sous pression constante. Lorsque la matière
plastique traverse la filière, un écoulement
de lubrifiant est maintenu dans et à travers
celle-ci, le lubrifiant étant obligé d'y péné
trer autour d'une tuyère à partir de laquelle
la matière plastique pénètre dans la filière,
la matière plastique étant également entou
rée par le lubrifiant lorsqu'elle sort de la
tuyère.
En fait, au début du fonctionnement,
la matière plastique peut être entourée sur
toute sa longueur par une quantité impor
tante de lubrifiant dont un surplus est main
tenu dans la filière jusqu'à ee qu'un fil de
matière plastique soit formé et sorte de cette
filière. Mais ce surplus ne doit pas être exces
sif, parce qu'il pourrait sectionner l'éeoule-
ment de matière plastique.
Quand un écoulement convenable de ma
tière plastique a été établi, l'écoulement de
lubrifiant peut être réduit progressivement, le lubrifiant dans la filière étant déplacé par
la matière plastique et forcé vers l'extrémité
de sortie de cette filière jusqu'à ce qu'il ne
reste finalement qu'une mince pellicule de
lubrifiant entre la matière plastique et la
surface de la filière. Cette pellicule peut être
d'environ 0,0127 millimètre d'épaisseur.
Le
lubrifiant, à l'endroit de la tuyère, est refoulé
par la matière plastique jusqu'à ce qu'une
petite quantité ou une goutte seulement sub
siste qui entoure la tuyère et la matière plas
tique qui en sort, cette goutte de lubrifiant
étant cependant suffisante en fonctionnement
normal et dans les conditions convenables de pression et 'd'écoulement, pour empêcher la matière plastique d'être refoulée autour de la surface externe de la tuyère et dans les orifices d'admission du lubrifiant.
Le lubrifiant doit être alimenté sous une pression à la source qui soit tonjourst supérieure à la pression maximum qui peut être exercée à tout instant sur la matière plasti- que dans la filière. Dans l'appareil représenté, une pression du lubrifiant comprise entre 422 et 492 kilogrammes par eentimè- tre carré est maintenue.
Cependant, en même tempos, un écoulement de lubrifiant dans la filière durant le fonctionnement normal 'doit être maintenu, mais à un faible débit leriti- que rapporté à l'unité de surface du profil en matière plastique refoulé et à l'unité de telrnpas. Si ce débit critique d'écoulement n'est pas maintenu, il peut en résulter un collage, ou encore la matière plastique peut être déformée par déplacement Ide celle-ci, sous l'effet de l'accumulation d'une quantité excessive de lubrifiant dans la filière.
Pour maintenir ce faible débit critique d'écoule- ment, il est nécessaire de prévoir des moyens spéciaux et précis d'étranglement ou de réglage pour garantir que le lubrifiant s'écoule dans et à travers la filière à un débit constant de quelques gouttes (par exemple de 8 à 20) par minute.
Dans les eonaii.. ions préférées de fonctionnement, la pression du lubrifiant dans la filière sera fonletion de la pression de la. matière plastique dans 'cette filière en tout point de celle-ci.
En d'autres ternies, le lubrifiant dans la filière et la matière plastique seront normalement en équilibre de pression. Cette condl- tion est hautement désirable et, en fait, nécessaire pour avoir un fonctionnement stable, de façon à maintenir une pellicule continue durant un fonctionnement prolongé. En outre, certaines conditions spéciales doivent être maintenues pour garantir que eet équilibre de pression, s'il est détruit, soit instan- tanément rétabli. Ceci est expliqué plus loin en référence aux fig. 2 et 3. Il y a évidem ment une baisse de pression vers l'extrémité de sortie de la filière.
L'avantage de maintenir le lubrifiant dans la filière en équilibre de pression avec la matière plastique et dans une condition qui est fonction de la pression sur et dans la matière plastique pendant son passage à travers la filière, réside dans le fait que si la pellicule est rompue et qu'une adhérence ou collage local commence en un point de la surface de la filière, l'augmentation de pressien sur la matière plastique qui en résulte, provenant d'une résistance accrue à l'écoulement, accroît instantanément la pression du lubrifiant dans la filière, tendant ainsi à reformer la pellicule de lubrifiant au point ou sur la surface où celle-ci a été rompue.
Ceci a l'avantage, en plus de celui de diminuer notablement le frottement, d'empêcher le aol- lage et d'équilibrer les composantes radiales de pression exercées' à travers la matière plastique sur la paroi de la filière.
Malgré les précautions prises pour empêcher le collage de la matière plastique sur la filière et pour diminuer le début de collage et les bourrages qui en résultent et qui pourraient se produire autrement, la matière plastique colle occasionnellement d'une manière qui n'est pas automatiquement corrigée comme expliqué eidessus et il en résulte un bourrage. Dans ce cas, la matière plastique peut être évacuée en interrompant rapidement son écoulement dans la filière et celui du lubrifiant et en permettant à la matière plastique de se refroidir et de se contracter.
Si une mauvaise panne doit être évitée, l'alimentation en matière plastique et celle en lubrifiant doivent être toutes deux arrêtées lorsqu'un collage se produit pour annuler la pression de la matière plastique dans la filière. Ceci empêche la surface de collage de s'étendre. Après que la matière plastique a pu se 'contracter sans qu'il soit exercé de pression sur elle, le lubrifiant est admis brusquement à une pression extrêmement élevée, de l'ordre de celle indiquée ci-dessus, de fa çon à envoyer un jet de fluide sous pression sur la matière plastique contenue dans la
filière pour déloger ainsi cette matière et
rompre le bourrage.
Si le bourrage n'est pas
rompu au premier essai, on laisse la matière
plastique refroidir davantage et le lubrifiant
est à nouveau admis brusquement sous' une pression élevée pour rompre le bourrage.
Du fait que le profilé de matière plastique glisse dans la filière sur une pellicule de
lubrifiant en équilibre de pression avec la matière plastique, l'effort de refoulement et les tensions résultantes sont considérablement réduit, s. Sans l'existence 'd'une telle pellicule de lubrifiant, la matière plastique chaude
durcirait et adhérerait à la surface de la filière et la matière plastique suivante devrait être forcée à travers cette matière plastique durcie sur toute la longueur de la filière, de manière
à remplir celle-ci et à 'compenser la contrac-
tion.
Il en résulterait des efforts de cisaille-
meut et des tensions résultantes élevées. Si
l'on utilise une pellicule de lubrifiant, lors
que la matière plastique passe dans la filière
et durcit, elle glisse complètement à travers cette filière au lieu d'adhérer à la surface de celle-ci.
Les efforts de cisaillement sont évités.
Ils se produisent seulement dans une zone relativement courte près de l'entrée de la filière où la matière plastique est relativement
chaude et où les efforts sont minima, Au delà
de cette zone, la contraction est compensée en comprimant longitudinalement le profilé en exerçant une contre-pression sur celui-ci.
De plus, il n'y a pas de gonflement appré-
ciable quand la matière plastique sort de la
filière. De oe fait, le profilé refoulé corres- pond à la forme et aux dimension ; s de la filière dans les tolérances étroites provenant
de la contraction qui se produit par le refroi 'dissement du profilé après. refoulement.
Une eontre-pression suffisante peut être maintenue. La contre-pression doit être de
10,55 kilogra.mmes par centimètre carré ou plus. Des bulles de gaz peuvent être produites par de l'air, des produits volatils, des solvants
ou des gaz dégagés par la résine ou les com posés plastiques eux-mêmes. Pour empêcher les bulles de gaz de se produire, la matière plastique doit être maintenue sous une pression supérieure à la tension de vapeur maximum et la température de la matière plastique doit être abaissée en dessous d'une certaine température critique et maintenue en dessous de cette température durant un certain temps.
Pour empêcher les bulles de gaz de se produire, une différence de température. sensible doit être évitée entre l'extérieur et l'intérieur de la matière plastique. Autrement. l'extérieur durcit par compression en créant ainsi une tension sur l'intérieur qui rompt la matière plastique, formant ainsi des bulles sous vide. Eviter ces bulles sous vide néees- site un long abaissement de température, c'est-à-dire une réduetion progressive de tem pérature et, plus le profilé est épais, plus long doit être cet abaissement de température.
C'est pourquoi, pour empêcher à la fois les bulles de gaz et les bulles sous vide, la matière plastique doit être maintenue sous pression et refroidie durant un temps suffisant et, pour le réaliser dans la filiére et produire des profilés relativement épais à des vitesses pratiques, on doit utiliser une filière assez longue.
Plus la filière est longue, plus grande est la vitesse à laquelle peut être refoulé le profilé.
Bien que le procédé selon l'invention permette l'emploi d'une filière de longueur presque illimitée, une partie importante du t.raitement thermique peut être effectuée avantageusement après que le profilé est sorti de la filière. En conformant des matières thermoplastiques, on préfère refouler le profilé avec une quantité de chaleur emmagasinée suffisante pour réchauffer la surface du profilé dans l'atmosphère. Cela permet, en général, d'obtenir une surface brillante du profilé. Celui-ci peut ensuite être refroidi par exposition à l'atmosphère ambiante avec ou sans refroidissement forcé, tel que celui obtenu par un ou plusieurs jets d'eau.
Un tel refroidissement doit également être progressif de façon à empêcher les bulles sous vide. On préfère maintenir le profilé rec- tiligne lorsqu'il est refroidi ou durci et le supporter en des points espacés pendant qu'il se déplace pour l'empêcher de se déformer ou de s'aplatir. Le profilé peut être tronçonné aux longueurs désirées.
Les fig. la et 11'représentent un dispositif de refoulement 40 du typle à vis et entouré d'une chemise chauffante 40a, dans lequel une poudre de moulage est introduite à l'état solide et chauffée et travaillée jusqu'à ce qu'elle soit ramollie à la condition de travail désirée. A partir du dispositif de refoulement 40, la matière plastique s'écoule à travers un homogénéiseur et filtre 41, de là, à travers un robinet 42, dans une tuyère 43 entourée par du lubrifiant admis à travers un conduit 44, à partir d'une source au moyen de conduites qui Iseront décrites ultérieurement.
Le lubrifiant ainsi appliqué entoure la matière plastique, lorsque oelle-ei sort de la tuyère et s'écoule à travers la filière 45, sous la forme d'une pellicule très mince appliquée contre la surface de la filière, en entourant la matière plastique qui, 'dans l'exemple repré fienté. est conformée en une tige 46 durant son passage à travers la filière.
La filière représentée aux fig. la et lb a approximativement 3 mètres 80 de long; cette longueur est utilisée avantageusement pour produire la tige 46 qui a environ 9,5 millimètres de dia. mètre. L'extrémité de la filière comporte un presse-étoupe 47 qui peut être serré plus ou moins pour appliquer la contre- pression désirée sur la tige durant le refouliement de celle-ci et qui sert comme moyen très efficace pour enlever le lubrifiant de la surface de la tige juste avant que celle-ci sorte de la filière. Une petite perforation est ménagée dans la filière ou dans le chapeau du presse-étoupe pour permettre le drainage du lubrifiant qui peut être recueilli dans une cuvette tomme montré en 48.
Ceci empêche une déformation de la tige 46 qui pourrait se produire par suite de l'accumulation d'une quantité en excès de lubrifiant à l'intérieur de la filière, spécialement près de son extrémité de sortie.
Le lubrifiant est alimenté dans le conduit 44 sous une pression élevée constante d'environ 422 kilogrammes par centimètre carré au moyen d'un accumulateur 51 qui est chargé par intervalles avec du lubrifiant au moyen d'une pompe 52 qui aspire le lubrifiant d'un réservoir a,pproprié non représenté et qui le refoule à travers un conduit 53 dans l'accu- mulateur. L'accumulateur fournit le lubrifiant sous une pression constante et empêche une déformation du pro,
filé en matière plastique qui se produirait autrement par suite de l'effet plulsatoire de la pompe agissant sur la matière plastique par l'intermédiaire du lubrifiant venant dans la filière et entourant la matière plastique.
Un piston 54 de l'accumulateur est soulevé contre l'action d'un poids 55 jusqu'à ce que l'accumulateur soit rempli. Le lubrifiant s'écoule, à partir de l'accumulateur sous la pression constante du poids 55, à travers une tuyauterie 56, une vanne principale 57, un filtre 58 et un dispositif d'étranglement 59 dans une courte tuyauterie 61 et de là dans le conduit 44. La tuyauterie 56 est pourvue d'un robinet de purge 62 et elle est reliée à une tuyauterie de by-pass 56a contrôlée par une vanne de by-pass 63, reliée à la courte tuyauterie 61, ce by-pass servant à faire passer le lubrifiant en dehors du filtre 58 et du dispositif d'étranglement 59.
Les détails Ide ces organes sont décrits ei-après en référence aux fig. 2 et 3.
On comprendra que durant le fonctionne- ment normal, le lubrifiant s'écoule sous une pression élevée à travers la tuyauterie 56, le filtre 58, le dispositif d'étranglement 59 et une tuyauterie 61 dans le conduit 44 avec un débit par 'minute constant de quelques gouttes, déterminé par le réglage du dispositif d'étranglement. Toutefois, au début du fonctionnement, le by-pass est utilisé pour amener Be lubrifiant dans la filière soit à la place de la conduite principale 56, soit en eo- opération avec 'elle. Le by-pass est utilisé également pour rompre les bourrages.
Pour mettre cet appareil en route, le robinet 42 pour la matière plastique est fermé, ainsi que la vanne principale 57 et la vanne 63 du by-pass. Le dispositif de refoulement est chauffé et la matière plastique y est introduite pour le charger, après que ce dispositif de refoulement a été mis en marche.
Ce disrositif peut fonctionner jusqu'à ce qu'il soit bien rempli de matière plastique et que la pression s'élève suffisamment pour amener la matière plastique dans de bonnes conditions de travail au robinet 42 prête à s'écouler à l'intérieur de la filière lorsque le robinet 42 est ouvert.
Avant que la matière plastique soit admise dans la filière, celle-ci doit être débou chée, c'est-à-dire dégagée de toute matière plastique ou celle qui y est contenue doit être enrobée par du lubrifiant et libre de se mouvoir sous l'effet Ide la pression.
Un jet de lubrifiant peut alors être admis dans la filière an fermant le robinet de purge 62 et en ouvrant la vanne principale 57, et la vanne 63 du by-pass. Le robinet 42 étant fermé, aucun lubrifiant ne peut s'écouler dans le filtre ou dispositif de refoulement.
Le robinet 42 est alors ouvert légèrement pour permettre à la matière plastique de pénétrer dans la filière 45 et peut être ouvert de plus en plus en même temps que l'écoule- ment du lubrifiant est réduit en fermant progressivement la vanne 63 du by-pass qui est manoeuvrée de façon à permettre à la matière plastique de former un eordon continu et de remplir maintenant la filière comme expliqué ci-dessus. La matière plastique est tout d'abord admise progressivement pour l'empêcher de moutonner dans la filière.
cette' condition par une manoeuvre eonve, nable, des vannes 42 et 63 et du dispositif d'étranglement 59, s'il n'a pas été réglé antérieurement en position cor- recto pour un fonetionnement normal.
Dans la production de certains profilés, tels qu'une tige de 25,4 millimetres de diamètre, le robinet 42 pour la matière plastique n'est typas ouvert très largement et sert ainsi à produire une contre-pression dans le filtre et le dispositif de refoulement, assurant ainsi une bonne densité et une élimination des poches d'air dans la matière plastique. Ceci pro te également le filtre contre un affaisse- ment. En produisant des profilés plus petits, le robinet 42 est ouvert complètement, la tuyère produisant elle-même la contre-pression désirée.
Dans le cas oit un bourrage se produit, le robinet 42 pour la matière plastique est fermé, le dispositif de refoulement est arrêté, la vanne principale 57 est fermée et le robinet de purge 62 est ouvert.
Ceci fait tomber lu pression de la matière plastique dans la filière, permettant à cette matière de se contracter et de supprimer le contact de la matière à l'endroit où elle eolle en provoquant le bourrage. La purge 62 est prévue pour évacuer toute fuite qui peut passer par la vanne principale 57 et exereer accidentellement une pression sur la tige à l'intérieur de la filière. Lorsque la matière plastique est refroidie et s'est quelque peu contractée, le bourrage est rompu en fermant d'abord le robinet 62 et en onvrant la vanne 57, et ensuite en ouvrant brusquement la vanne 63 du by-pass pour appliquer un choc de pression du fluide sur la matière plastique.
Cette injection est répétée après un autre refroidissement, Si nécessaire.
Par suite de la longueur relativement grande de la filière 45 comparée à son diamètre, el'le est avantageusement constituée en tronçons au lieu d'être en une 'seule pièce, la filière représentée étant constituée en trois tronçons 45a, 45b et 45c dont les extrémités sont filetées et réunies par des manchons 64 et 65. Les tronçons de la filière sont pourvus de chemises comme montré en 66, 66a et 66b reliées, à l'endroit des joints de la filière, par des tuyauteries 66c et 66d. Ces chemises reçoivent un fluide pour contrôleur la tempe rature de la matière plastique à l'intérieur de la filière.
L'eau peut avantageusement être utilisée dans ce but et dans la production de profilés en matière thermoplastique d'épais seur importante, il est habituellement nécessaire de chauffer l'eau de façon à empêcher un refroidissement trop rapide de la matière plastique qui pourrait provoquer des bulles sous vide dans la matière plastique refoulée.
Dans l'appareil représenté aux fig. la et lb, l'eau est aspirée d'un réservoir 67 à travers une tuyauterie 68 au moyen d'une pompe rotative indiquée en 69, la tuyauterie 68 traversant un réchauffeur 71 et débouchant ensuite dans la chemise 66 à l'extrémité de celle-ci où la matière plastique pénètre dans la filière à travers la tuyère 43. L'eau chauffée coule ensuite à travers les chemises 66, 66a et 66b et est évacuée à partir de l'extrè- mité de la chemise 66b près de l'extrémité de sortie de la filière dans une tuyauterie de retour 72 qui ra, mène cette eau dans le réservoir 67.
Lorsque l'eau circule à travers les che- mises de la filière, cille prélève une certaine quantité de chaleur à la matière plastique et cette chaleur doit être dissipée de façon à empêcher la température de l'eau de s'élever audessus de la température désirée. Ceci est réalisé au moyen d'un serpentin de refroidissement de l'eau indiqué en 73 dans le réservoir.
Des moyens appropriés (non représentés) pour contrôler la température peuvent être associés avec le dispositif de circulation d'eau prévu pour la filière pour maintenir la température désirée et la progressivité desirée de la température dans la filière en vue de refroidir convenablement la matière plastique qui est forcée dans celle-ci, conformèmeiit au procédé selon l'invention.
Pour empêcher une de formation du profilé ou tige en matière plastique après qu'il est sorti de la filière, il est supporté, de préférence, par des galets ayant un contact minimum avec le profilé ou tige.
Ainsi, on a représenté, près de l'extrémité de 'sortie de la filière, un galet 74 et, à une distance relativement grande du galet 74, une série de galets 75, 75a, 75b est prévue, ces galets étant tout près les uns des autres et disposés suivant la longueur de l'appareil.
Les galets 74, 75 et 75a peuvent être en bois ou autre matière isolante qui ne refroidit pas trop la matière plastique. Les galets représentés sont pourvus de gorges semi-eirou- laires qui correspondent approximativement au profil de la tige 45, bien qu'il soit évident que les galets puissent avoir des formes différentes correspondant aux profils des produits refoulés.
Pour maintenir la tige rectiligne lorsqu'elle se refroidit, un tendeur de toute cons- truction appropriée (non représenté) peut être prévu à l'une des extrémités de la série de galets qui est représentée seulement partiellement. Le but Idu tendeur est de maintenir une tension sur la tige et de la conserver rectiligne lorsqu'elle se refroidit. La rapidité d'ac- tion du tendeur peut être modifiée, en accord avec les variations de la vitesse avec laquelle la tige est refoulée, par des moyens compre- nant un galet 78 monté sur un levier 79 de l'interrupteur 81 de contrôle de la rapidité d'action du tendeur.
Cet interrupteur est relié par les trois fils 82 à un contrôleur (non représenté) du tendeur, comme cela est montré à la fig. lb.
L'interrupteur 81 est actionné suivant la position horizontale d'une portée de la tige entre les galets 74 et 75, de façon que lorsque la flèche de la tige augmente, la rapidité d'action du tendeur augmente et que lorsque la tige approche de la position horizontale, la rapidité d'action du tendeur diminue. De cette manière, une traction en principe constante est maintenue sur la tige bien qu'avec eer- tains types de tige ou avec oertaines dimen mous de tiges, le tendeur puisse être actionné à la vitesse maximum de refoulement et réglé de façon qu'il puisse patiner si la vitesse de refoulement tombe en dessous de la vitesse maximum.
Dans la fig. lb, la tige peut se réchauffer jusqu'au premier galet 75 ou à peu près,
Après qu'un certain réchauffage a été réalisé, le refroidissement Ide la tige commence, le point exact où ceci se produit variant avec le type de matière à conformer et dépendant des conditions déterminées du fonctionnement.
Certains types de profilés et des profil-' de certaines matières peuvent avantageuse. ment être refroidis par une ou plusieurs pulvérisations d'eau (non représentées), disposées de façon à diriger des nappes ou courants directs vers le bas sur la tige, de manière à la refroidir uniformément sur tout son pourtour lorsqu'elle passe en dessous des pulvérisateurs respectifs.
Dans certains cas, les pulvérisations d'eau ne sont pas utilisées et le profilé refoulé est refroidi simplement en l'exposant à l'atmosphère ambiante.
Un dispositif de tronçonnage (non représenté), de toute construction appropriée, peut être prévu pour couper le profilé refoulé en longueurs convenables.
Le dispositif de refoulement et les organes associés ainsi que les dispositifs servant à amener le lubrifiant dans la filière sont représentés en détail aux fig. 2 et 3. Le dispositif de refoulement 40 comprend une chemise de chauffage 40a pour de l'huile ou de l'eau, chaude et contient une vis 40b dont le mécanisme d'entraînement est logé dans un carter 40 , fig. 3.
La matière plastique s'écoule du disposi- tif de refoulement 40 à travers un raccord 40d ayant un orifice d'entrée conique et un orifice de sortie de section réduite et qui est maintenu dans la tête du dispositif de refoulement par un écrou tubulaire fileté et par des vis comme montré à la fig. 2. Le raccord 40d est vissé dans le corps 41a du filtre 41, lequel est maintenu en place entre la tête 41b à une extrèmité du corps 41a et le corps 42a du robinet pour la matière plastique fixé à l'autre extrémité du corps 41a.
Le filtre 41 se compose d'un cylindre en métal perforé entouré d'une toile métallique. de préférence extrêmement fine et comportant, par exemple, 700 fils par 25,4 millimètres de longueur, de façon à retenir toutes les matières étrangères, mêmc une matière aussi fine que la filasse et à former un col bide onctueux en donnant à la matière plastique une viscosité uniforme. La matière plastique est chauffée à une température relativement élevée et est amenée à une visoosité relativement faible dans le dispositif de refoulement pour lui permettre de passer à travers ce tamis extrêmement fin. Le corps et le filtre sont chauffés par conduction thermique à partir du dispositif de refoulement.
Comme montré à la fig. 2, le robinet 42 pour la matière plastique est du type à ci tournante et comporte une poignée de ma oeuvre 42b. Le robinet peut être prévu avec tous moyens appropriés permettant de le maintenir rigidement, par exemple une vis.
Le robinet pour la matière plastique débouche dans la tuyère 43 s'étendant dans l'intérieur de la filière 45. La tuyère 43 est de faible section transversale et est à paroi mince. Elle est partie intégrante d'un corps épais pourvu d'une bride, comme représenté, qui est maintenue par un anneau 43a ajusté, d'une quart, sur le corps 42a du robinet et, d'autre part, dans une pièce 431) vissée sur la filière 45. La pièce 43b comporte un conduit 44 pour le lubrifiant qui s'écoule dans la douille à l'extrémité arrière de la tuyère. à l'intérieur d'un espace annulaire 44d prévu entre l'intérieur de la pièce 43b et la tuyère 43.
A partir de l'arrière de cet espace annulaire, le lubrifiant s'écoule sur la totalité de la surface externe de lia tuyère 43 et sur la totalité de la surface interne de la filière 45.
Les organes recevant la matière plastique et situés entre le dispositif de refoulement et la filière sont soumis à une pression très élevée et sont susceptibles de se briser; en outre, la matière plastique est susceptible de s'échapper par les joints. Pour éviter le bris de ces organes, ceux-ci sont prévus avec des parois très résistantes et les fuites de matière plastique fluide sont empêchées en serrant ensemble les divers organes au moyen de boulons 41c et 41d extrêmement résistants qui passent dans des oreilles prévues dans la tête 41b, dans le corps 42a du robinet et dans la pièce 43b.
En enlevant les boulons, les organes peuvent être facilement démontés pour leur nettoyage, leur réparation ou leur rem- platement.
Le conduit 44 prévu dans lia douille 43b reçoit le lubrifiant à partir de la courte tuyauterie 61 raccordée à la buse 44a qui est soudée sur la pièce 43b comme montré à la fig. 2.
La tuyauterie 61, la buse 44a et le corps 59a du dispositif d'étranglement 59 ont des parois très épaisses et de petits alésages pour empêcher une élasticité dans les connexions du lubrifiant entre le dispositif d'étranglement et la filière et pour contenir un volume de lubrifiant aussi faible que possible entre ces organes.
Ceci assure qu'une faible quantité incompressible de lubrifiant est emmagasinée entre le dispositif d'étranglement 59 et l'a matière plastique contenue dans la filière et, ce, dans une enceinte non élastique pour le cas d'une augmentation soudaine de pression de la matière plastique à l'intérieur de la filière résultant d'un collage local ou du toute autre came.
En conséquence, la pression du lubrifiant sera immédiatement soumise aux variations de pression de la matière plastique assurant un équilibre hydrostatique permanent entre ces pressions. Ceci tend non seulement à empêcher ou atténuer le collage, mais empêche également un écoulement de la matière plastique autour de la tuyère 43 et en arrière de l'extrémité de celui-ci qui pourrait arrêter l'écoulement du lubrifiant et provoquer un collage ou bourrage.
Le dispositif d'étranglement 59 comprend une aiguille 59b ajustée de manière à pouvoir coulisser dans l'alésage et qui est déplacée vers l'intérieur et vers l'extérieur en faisant tourner le manchon de manoeuvre 59e dans
lequel elle est fixée par son extrémité externe.
Le manchon 59e est vissé sur le corps 59a du
dispositif d'étranglement. Lorsque l'aiguille
59b est enfoncée dans le corps, la résistance à
l'écoulement du lubrifiant entre cette aiguille
et l'alésage est augmentée et lorsqu'elle est
déplacée vers l'extérieur, la résistance à l'écou
lement est diminuée. Ceci produit l'écoule-
ment critique très faible Ide lubrifiant requis.
On va maintenant décrire quelques exem
ples de mise en oeuvre du procédé selon la
présente invention.
Exemple I:
Une poudre de moulage de méthacrylate
de polyméthyle est conformée an une tige de
9,5 millimètres de diamètre en la chauffant
dans le idispositif de refoulement, en la fai
saut passer dans un filtre maintenu à une
température 'd'environ 2120 C et ensuite en
refoulant la matière à travers une tuyère dans
une filière de 3,12 mètres de long à travers
laquelle. du lubrifiant est forcé de s'écouler
sous forme d'une pellicule sur la surface de
la filière à un débit de 20 gouttes par minute,
sous une pression, d'environ 422 kilogrammes
par centimètre carré. Une température de
630 C environ est maintenue dans la chemise
de la filière.
La tige peut être refoulée à une vitesse
d'environ 3,40 mètres à la minute ou à un
débit d'environ 17,65 kilogrammes à l'heure.
Exemple 11:
Une poudre de moulage de méthacrylate
de polyméthyle est conformée en une tige de
25,4 millimètres de diamètre en chauffant le
composé dans le dispositif de refoulement, en
le faisant passer dans un filtre maintenu à
une température de 2040 C environ et en le
refoulant à travers une tuyère dans une
filière de 4,42 mètres de long. Du lubrifiant
est forcé de s'écouler dans la filière sous
forme d'une pellicule recouvrant la surface de cette filière à un débit de 9 gouttes par
minute sous une pression de 422 kilogrammes
environ par centimètre carré.
La température
de la filière correspond à celle d'une température de la chemise d'environ 710 C environ à l'entrée de la filière. La tige peut être refoulée à une vitesse de 0,46 mètre à la mi nute ou à un 'débit de 17,35 kilogramme. s à l'heure.
Exemple III:
Une poudre de moulage de polystyrolène est conformée en une tige de 9,5 millimètres de diamètre en la chauffant d'abord dans un dispositif de refoulement, en la faisant passer à travers un filtre maintenu à une température de 2230 C et en refoulant la matière plastique fortement chauffée à travers une tuyère dans une filière lae 3,12 mètres de long. Du lubrifiant est forcé dans la filière sous forme d'une pellicule recouvrant sa surface à un débit de 12 gouttes par minute sous une pression à la source de 422 kilogrammes environ par centimètre carré.
La température de la filière correspond à une température de la chemise de 770 C. La tige peut être ainsi refoulée à une vitesse ide 3,15 mètres par minute ou à un débit de 14,95 kilogrammes à l'heure. La tige ainsi produite à partir d'un composé Ide moulage de polystyrolène possède une surface terne.
Exemple IV :
Un composé de moulage de polystyrolène est soumis à un chauffage et à une pression dans un dispositif de refoulement, passe à travers un filtre maintenu à une température de 2230 C environ et est ensuite refoulé à travers une tuyère dans une filière de 4,42 mètres de long pour être conformé en une tige de 25,4 millimètres de diamètre. La température de la chemise de la filière à l'extrémité d'entrée de frette filière peut être de 85,5 C et l'écoulement du lubrifiant dans la filière peut être réglé à un débit de 11 gouttes par minute. La tige peut être refoulée à une vitesse de 0,483 mètre par minute ou à un 'débit de 17,215 kilogrammes à l'heure.
Dans les exemples I à IV ci-0dessus, une progressivité de la température peut être maintenue dans la filière correspondant à une élévation d'environ 5,55 C dans la chemise d'eau de l'entrée à la sortie de la filière, une quantité importante de chialeur étant trans férée de la matière plastique à la. ehemise d'eau de façon que la tige se refroidisse progressivement et durcisse dans la filière.
En plus des tiges, des tubAs et des rubans peuvent être fabriqués et, dans la fabrication de tubes, du lubrifiant peut être appliqué sur l'une des surfaces du tube ou sur les deux, de la manière décrite plus haut. On comprendra que dans la eonformation de matières plastiques thermodurcissables, la température de la filière est contrôlée de façon à transmettre de la chaleur à la matière plastique qui est dans cette filière, plutôt que d'en enlever, bien qu'un certain refroidissement d'une telle matière plastique thermodurcissable dans la filière puisse être réalisé si on le dé sire.
Dans la production de tubes, le lubrifiant peut être introduit entre la surface interne de la matière plastique et l'extérieur du mandrin sur lequel le tube est formé. Dans ce hut, un conduit annulaire pour le lubrifiant est prévu sur l'extrémité intérieure du mandrin ou en tout autre endroit désiré de celui-ci.
L'étant de la matière plastique ou de la charge amenée dans le dispositif de refoule ment peut varier. Outre la poudre dc moulage, des charges à l'état plus ou moins plastique ou même à l'état liquide ou semi-liquide peuvent être introduites dans le dispositif de refoulement et conformées suivant les profilés désires par le nouveau procédé suivant l'invention.
Au lieu de produire des profilés exempts de bulles, l'invention peut être utilisée pour produire des profilés contenant de la mousse ou des bulles décoratives tels que des tiges dans lesquelles des bulles de gaz ou de vapeur peuvent être formées à l'intérieur d'une enceinte extérieure exempte de bulles en matière transparente. Ceci peut être obtenu en augmentant la vitesse avec laquelle le profilé est refoulé, de façon que l'action de la pression et, du changement de température, tel que le refroidissement, soit insuffisante pour empêcher la formation de bulles de gaz à l'intérieur de la couche externe transparente.
REVENDICATIONS
I. Procédé de conformation d'une matière organique plastique, caractérisé par le fait qu'on refoule la matière plastique, sous la forme d'un courant de matière, à partir d'une tuyère à travers une filière, qu'on maintient une pellicule continue de lubrifiant entre la matière plastique et la filière sur la totalité de la surface de cette filière en alimentant constamment la filière avec ledit lubrifiant sous une pression supérieure à celle qu'on applique à la matière plastique, qu'on enrobe la matière plastique, à l'endroit où elle appro che de la surfaee de conformation initiale de la filière, dans ledit lubrifiant,
et qu'on règle l'écoulement de celui-ci dans la filière et son enlèvement de façon que le débit du lubrifiant ait une valeur très faible, fixée d'avance.
Process for shaping a plastic organic material and apparatus for placing
implementation of this process.
The present invention relates to the technique of forming plastic organic materials by upsetting them through a die to form elongated or continuous profiles.
The invention relates to a process for shaping a plastic organic material, characterized in that the plastic material is forced back in the form of a material stream from a nozzle through a die, that a continuous film of lubricant is maintained between the plastic material and the die over the entire surface of this die by supplying the die accordingly with said lubricant under a pressure greater than that which is applied to the plastic material, that the plastic material, at the point where it approaches the initial shaping surface of the die, is coated in said lubricant, and the flow thereof in the die and its dewlap removal is regulated. that the lubricant flow has a very low value.
fixed in advance.
The invention also relates to an apparatus for carrying out the above method, characterized in that it comprises a die, a nozzle projecting inside this die, means for supplying material. organic plastic to said nozzle, a source supplying a lubricant at high pressure, connecting pipes connecting the source of high pressure lubricant and the interior space of said die, and entering the latter at the rear of the die. end of said nozzle,
said connection pipes comprising a throttling device limiting the flow of lubricant which enters the die, to a very low value per unit area of the profile discharged by said die and per unit of time, these connection pipes being arranged at so as to coat the nozzle and the plastic material which emerges from the latter in lubricant and to maintain a film of lubricant between the plastic material and the points of contact thereof with the surface of said die.
The invention aims to eliminate the tensions in the upset profiles, which allows a prolonged heat treatment and a high production speed of the upset profiles.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the apparatus of the invention.
Figs. 1a and 1b are schematic views, part in section and part in elevation, showing, when FIG. 1a is placed to the right of FIG. lb, an apparatus according to the invention, the total length of a die being shown to scale.
Fig. 2 is a partial view in horizontal section and on a larger scale of a detail of FIG. the
Fig. 3 is an elevational view showing more fully the detail shown in FIG. 2.
The present invention is particularly applicable in the upsetting of an organic and solvent-free thermoplastic molding material such as polymethyl methacrylate and will be described as applied to the production of round rods of such material from the material to be formed. the cold, solid and granular state, known in the art as molding powder to end in the state of a finished product.
The organic plastic material is first heated as evenly as possible to soften it to a state where it is easy to work with, preferably until it exhibits a relatively low viscosity. This operation can advantageously be carried out in a heated screw feeder, connected to the die through which the thermally softened plastic material is forced under a continuously applied pressure to pass it through the die and Give him 1Q form of it.
A suitable lubricant is chosen for lubricating the die through which the plastic is to be forced; various types of lubricants can be used. An example of the type of lubricant which it is preferable to use in upsetting polymethyl methacrylate is gearbox oil or the oil of the type used in automobile differentials which is mineral oil. The oil or other lubricant must be stable and not dissociate at very high temperatures from the plastic when the latter comes into contact with the lubricant.
Such an oil can have a viscosity of from 1100 to 3000 seconds at about 1900 (determined by the Ostwald viscosity pipette method), so that the lubricant retains good lubricating properties at elevated temperature and pressure. . This oil gives a better finish to the upset profile than most other lubricants.
The lubricant used, whether oil or other lubricating material, must be immiscible and inert with respect to the plastic material under the conditions prevailing in the die, although a slight surface absorption of the lubricant by plastic is permitted in certain cases. If the presence of this lubricant is detrimental, the surface layer of the upset profile which may contain lubricant can be removed by polishing.
The indicated type of lubricant gives good results in upsetting both polymethyl methacrylate and polystyrene profiles and also of other plastics, such as cellulose acetate. Other useful lubricants are glycerin mixed with a metallic soap and mixtures of glycerin and dextrin. If the lubricant is too viscous, it can be heated to facilitate its flow through the die.
To obtain good results, a continuous film of lubricant is kept applied to the die at all possible points of contact between the plastic and the die. If this film is lacking, the plastic will come into contact with the surface of the die and adhere to it causing an increase in the flow resistance of the plastic material and the adhesion surface, up to that the plastic material is hardened in the die.
To guarantee perfect continuity of the film, the lubricant must be introduced at very high pressure. However, this can immediately lead to difficulties, either because the plastic displaces the lubricant and sticking results, or the lubricant 'displaces the plastic and deforms it and can even cut it where it is. enters the industry. There is always a danger that the plastic will block the orifice (s) through which the lubricant flows into the die.
and, conversely, there is a danger that the lubri
trusting flows backward through the ma
plastic in the delivery device
is lying.
When this happens, the burden of my
the plastic in the device is damaged
and must be eliminated.
To control the hold of a film
lubricant as indicated above, the
lubricant is brought in from a souree
high pressure and admitted to the sector in
sufficient quantity to fill part.ielle
this sector, after which 'the plastic material
that is introduced into the sector and forced to
through it. The lubricant must be brought
under constant pressure. When the material
plastic crosses the sector, a flow
of lubricant is maintained in and through
this one, the lubricant being obliged to penetrate
trer around a nozzle from which
the plastic material enters the die,
the plastic material being also
lubricant when it comes out of the
nozzle.
In fact, at the start of operation,
plastic material can be wrapped on
its entire length by an impor
aunt of lubricant of which a surplus is hand
held in the die until a thread of
plastic material is formed and sort of this
Faculty. But this surplus must not be excessive
sif, because it could sever the ele-
ment of plastic.
When a suitable flow of my
plastic has been established, the flow of
lubricant can be gradually reduced, the lubricant in the die being displaced by
plastic and forced towards the end
exit from this sector until it
finally remains that a thin film of
lubricant between the plastic and the
die surface. This film can be
about 0.0127 millimeters thick.
The
lubricant, at the point of the nozzle, is forced
by the plastic until a
small amount or a drop only sub
siste which surrounds the nozzle and the plastic material
tick that comes out, this drop of lubricant
being however sufficient in operation
normal and under the proper pressure and flow conditions, to prevent plastic from being forced around the outer surface of the nozzle and into the lubricant inlet ports.
The lubricant must be supplied under a pressure at the source which is tonjourst greater than the maximum pressure which can be exerted at any time on the plastic material in the die. In the apparatus shown, a lubricant pressure of between 422 and 492 kilograms per square meter is maintained.
However, at the same time, a flow of lubricant in the die during normal operation must be maintained, but at a low effective flow rate in relation to the unit area of the upset plastic profile and to the unit of telrnpas. . If this critical flow rate is not maintained, sticking may result, or the plastic may be deformed by displacement of the latter, due to the accumulation of an excessive amount of lubricant. in the sector.
To maintain this low critical rate of flow, it is necessary to provide special and precise throttling or adjustment means to ensure that the lubricant flows into and through the die at a constant rate of a few drops ( for example 8 to 20) per minute.
In preferred operating conditions, the pressure of the lubricant in the die will be a function of the pressure of the. plastic material in 'this die at any point thereof.
In other words, the lubricant in the die and the plastic will normally be in pressure equilibrium. This condition is highly desirable and, indeed, necessary for stable operation, so as to maintain a continuous film during extended operation. In addition, certain special conditions must be maintained to ensure that this pressure balance, if destroyed, is instantly reestablished. This is explained later with reference to FIGS. 2 and 3. There is obviously a drop in pressure towards the outlet end of the die.
The advantage of keeping the lubricant in the die in pressure equilibrium with the plastic and in a condition which is a function of the pressure on and in the plastic as it passes through the die, is that if the film is broken and local adhesion or sticking begins at a point on the die surface, the resulting increase in pressure on the plastic, from increased resistance to flow, instantly increases the pressure of the die. lubricant in the die, thereby tending to reform the film of lubricant at the point or on the surface where it was broken.
This has the advantage, in addition to significantly reducing friction, preventing scuffing and balancing the radial components of pressure exerted through the plastic on the die wall.
Despite the precautions taken to prevent sticking of the plastic material to the die and to decrease the onset of sticking and the resulting blockages that might otherwise occur, the plastic occasionally sticks in a way that is not automatically corrected as explained above and a jam results. In this case, the plastic can be drained by quickly interrupting its flow through the die and that of the lubricant and allowing the plastic to cool and contract.
If a bad failure is to be avoided, both the plastic supply and the lubricant supply should be stopped when sticking occurs to relieve the pressure of the plastic in the die. This prevents the bonding surface from expanding. After the plastic has been able to contract without being exerted on it, the lubricant is suddenly admitted at an extremely high pressure, of the order of that indicated above, so as to send a jet of pressurized fluid on the plastic material contained in the
die to dislodge this material and
break the jam.
If the jam is not
broken on the first try, we leave the material
plastic cool further and lubricant
is again abruptly admitted under high pressure to break the jam.
Due to the fact that the plastic profile slides in the die on a film of
lubricant in pressure equilibrium with the plastic material, the discharge force and the resulting stresses are considerably reduced, s. Without the existence of such a film of lubricant, the hot plastic
would harden and adhere to the die surface and the next plastic material would have to be forced through this hardened plastic material along the length of the die, so
to fill this one and to 'compensate for the contrac-
tion.
This would result in shearing forces
moves and resulting high voltages. Yes
a film of lubricant is used when
that the plastic passes through the industry
and hardens, it slides completely through this die instead of adhering to the surface thereof.
Shear forces are avoided.
They only occur in a relatively short area near the entrance to the die where the plastic is relatively
hot and where the efforts are minimal, Beyond
of this zone, the contraction is compensated by compressing the profile longitudinally by exerting a back pressure on it.
In addition, there is no appreciable swelling.
when the plastic comes out of the
Faculty. In fact, the upset profile corresponds to the shape and dimensions; s of the industry within the narrow tolerances
of the contraction which occurs by the cooling of the profile after. repression.
Sufficient back pressure can be maintained. The back pressure must be
10.55 kilograms per square centimeter or more. Gas bubbles can be produced by air, volatiles, solvents
or gases given off by the resin or the plastic compounds themselves. To prevent gas bubbles from occurring, the plastic material should be maintained under a pressure greater than the maximum vapor pressure and the temperature of the plastic material should be lowered below a certain critical temperature and kept below this. temperature for a while.
To prevent gas bubbles from occurring, a temperature difference. sensitive should be avoided between the outside and the inside of the plastic. Other. the exterior hardens by compression thus creating a tension on the interior which breaks the plastic material, thus forming vacuum bubbles. Avoid these vacuum bubbles resulting in a long drop in temperature, that is to say a gradual reduction in temperature and, the thicker the profile, the longer this drop in temperature should be.
Therefore, to prevent both gas bubbles and vacuum bubbles, the plastic material must be kept under pressure and cooled for a sufficient time and, to achieve it in the die and produce relatively thick profiles at practical speeds, a fairly long die must be used.
The longer the die, the greater the speed at which the profile can be pushed.
Although the process according to the invention allows the use of a die of almost unlimited length, a substantial part of the heat treatment can advantageously be carried out after the profile has exited the die. In shaping thermoplastic materials, it is preferred to upset the profile with a sufficient amount of stored heat to heat the surface of the profile in the atmosphere. This generally makes it possible to obtain a shiny surface of the profile. This can then be cooled by exposure to the ambient atmosphere with or without forced cooling, such as that obtained by one or more water jets.
Such cooling must also be gradual so as to prevent bubbles under vacuum. It is preferred to keep the profile straight as it is cooled or cured and to support it at spaced points as it moves to prevent it from buckling or flattening. The profile can be cut to desired lengths.
Figs. 1a and 11 'represent a delivery device 40 of the screw type and surrounded by a heating jacket 40a, in which a molding powder is introduced in the solid state and heated and worked until it is softened at the desired working condition. From the discharge device 40, the plastic flows through a homogenizer and filter 41, from there, through a valve 42, into a nozzle 43 surrounded by lubricant admitted through a duct 44, from there. a source by means of conduits which will be described later.
The lubricant thus applied surrounds the plastic material, as it exits the nozzle and flows through the die 45, in the form of a very thin film applied against the surface of the die, surrounding the plastic material which , 'in the example shown fienté. is shaped as a rod 46 during its passage through the die.
The industry shown in Figs. 1a and 1b is approximately 3 meters 80 long; this length is advantageously used to produce the rod 46 which is about 9.5 millimeters in dia. metre. The end of the die has a stuffing box 47 which can be tightened more or less to apply the desired back pressure on the rod during upsetting of the rod and which serves as a very efficient means of removing lubricant from the surface. of the rod just before it exits the die. A small perforation is made in the die or in the stuffing box cap to allow drainage of the lubricant which can be collected in a bowl as shown at 48.
This prevents deformation of the rod 46 which could occur as a result of the accumulation of an excess amount of lubricant within the die, especially near its outlet end.
The lubricant is fed into the conduit 44 at a constant high pressure of about 422 kilograms per square centimeter by means of an accumulator 51 which is charged at intervals with lubricant by means of a pump 52 which sucks the lubricant from a reservoir a, pproprié not shown and which delivers it through a conduit 53 in the accumulator. The accumulator supplies the lubricant under constant pressure and prevents deformation of the pro,
plastic yarn which would otherwise occur as a result of the plulsatory effect of the pump acting on the plastic material through the lubricant entering the die and surrounding the plastic material.
An accumulator piston 54 is lifted against the action of a weight 55 until the accumulator is filled. The lubricant flows, from the accumulator under the constant pressure of the weight 55, through a piping 56, a main valve 57, a filter 58 and a throttling device 59 into a short piping 61 and from there into the conduit 44. The piping 56 is provided with a purge valve 62 and it is connected to a bypass pipe 56a controlled by a bypass valve 63, connected to the short pipe 61, this bypass serving in passing the lubricant out of the filter 58 and the throttling device 59.
The details of these organs are described below with reference to FIGS. 2 and 3.
It will be understood that during normal operation, lubricant flows under high pressure through piping 56, filter 58, throttling device 59 and piping 61 in conduit 44 at a constant rate per minute. of a few drops, determined by the setting of the throttle device. However, at the start of operation, the bypass is used to supply the lubricant into the die either in place of the main line 56 or in operation with it. The bypass is also used to break jams.
To start this device, the valve 42 for the plastic material is closed, as well as the main valve 57 and the bypass valve 63. The discharge device is heated and the plastic material is introduced therein to charge it, after this discharge device has been activated.
This device can operate until it is well filled with plastic material and the pressure rises sufficiently to bring the plastic in good working conditions to the tap 42 ready to flow inside the valve. die when the tap 42 is open.
Before the plastic material is admitted into the die, the latter must be unplugged, that is to say free of any plastic material or that contained therein must be coated with lubricant and free to move under the effect of the pressure.
A jet of lubricant can then be admitted into the die by closing the purge valve 62 and opening the main valve 57, and the valve 63 of the bypass. With the valve 42 closed, no lubricant can flow into the filter or delivery device.
The valve 42 is then opened slightly to allow the plastic material to enter the die 45 and can be opened more and more at the same time as the flow of the lubricant is reduced by gradually closing the valve 63 of the bypass. which is maneuvered so as to allow the plastic material to form a continuous line and now fill the die as explained above. The plastic material is first of all admitted gradually to prevent it from creeping in the industry.
this condition by a smooth operation of the valves 42 and 63 and the throttling device 59, if it has not previously been set in the correct position for normal operation.
In the production of some profiles, such as a 25.4 millimeter diameter rod, the valve 42 for the plastic is typically not opened very wide and thus serves to generate back pressure in the filter and the pressure relief device. delivery, thus ensuring good density and elimination of air pockets in the plastic material. This also protects the filter against sagging. In producing smaller sections, the valve 42 is opened fully, the nozzle itself producing the desired back pressure.
In the event that a jam occurs, the valve 42 for the plastic material is closed, the discharge device is stopped, the main valve 57 is closed and the purge valve 62 is opened.
This releases the pressure of the plastic in the die, allowing that material to contract and remove contact of the material where it sticks off causing the jam. The purge 62 is provided to evacuate any leak which may pass through the main valve 57 and accidentally exert pressure on the rod inside the die. When the plastic has cooled and has contracted somewhat, the jam is broken by first closing valve 62 and opening valve 57, and then sharply opening bypass valve 63 to apply a shock. fluid pressure on the plastic.
This injection is repeated after another cooling, if necessary.
As a result of the relatively large length of the die 45 compared to its diameter, it is advantageously made up of sections instead of being in one piece, the die shown being made up of three sections 45a, 45b and 45c of which the ends are threaded and joined by sleeves 64 and 65. The sections of the die are provided with liners as shown at 66, 66a and 66b connected, at the location of the joints of the die, by pipes 66c and 66d. These liners receive a fluid to control the temperature of the plastic material inside the die.
Water can advantageously be used for this purpose and in the production of thermoplastic profiles of substantial thickness it is usually necessary to heat the water in such a way as to prevent too rapid cooling of the plastic which could cause damage. vacuum bubbles in the upset plastic.
In the apparatus shown in FIGS. la and lb, the water is sucked from a tank 67 through a pipe 68 by means of a rotary pump indicated at 69, the pipe 68 passing through a heater 71 and then opening into the jacket 66 at the end of that here where the plastic enters the die through the nozzle 43. The heated water then flows through the jackets 66, 66a and 66b and is discharged from the end of the liner 66b near the liner. outlet end of the die in a return pipe 72 which leads this water into the tank 67.
As the water circulates through the sleeves of the die, a certain amount of heat is taken from the plastic and this heat must be dissipated in such a way as to prevent the temperature of the water from rising above the temperature. desired. This is achieved by means of a water cooling coil indicated at 73 in the tank.
Appropriate means (not shown) for controlling the temperature can be associated with the water circulation device provided for the die to maintain the desired temperature and the desired progressiveness of the temperature in the die with a view to suitably cooling the plastic material which is forced into it, in accordance with the method according to the invention.
To prevent formation of the plastic profile or rod after it has exited the die, it is preferably supported by rollers having minimum contact with the profile or rod.
Thus, there is shown, near the end of the exit of the die, a roller 74 and, at a relatively large distance from the roller 74, a series of rollers 75, 75a, 75b is provided, these rollers being very close to them. from each other and arranged along the length of the device.
The rollers 74, 75 and 75a can be made of wood or other insulating material which does not cool the plastic too much. The rollers shown are provided with semi-circular grooves which correspond approximately to the profile of the rod 45, although it is obvious that the rollers may have different shapes corresponding to the profiles of the upset products.
To keep the rod straight as it cools, a tensioner of any suitable construction (not shown) may be provided at one end of the series of rollers which is shown only partially. The purpose of the tensioner is to maintain tension on the rod and keep it straight as it cools. The speed of action of the tensioner can be varied, in accordance with the variations in the speed with which the rod is pushed back, by means comprising a roller 78 mounted on a lever 79 of the switch 81 for controlling the pressure. the speed of action of the tensioner.
This switch is connected by the three wires 82 to a controller (not shown) of the tensioner, as shown in FIG. lb.
The switch 81 is actuated according to the horizontal position of a bearing surface of the rod between the rollers 74 and 75, so that when the arrow of the rod increases, the speed of action of the tensioner increases and that when the rod approaches the horizontal position, the speed of action of the tensioner decreases. In this way, a generally constant pull is maintained on the rod, although with some types of rod or with some soft rod sizes, the tensioner can be operated at maximum discharge speed and adjusted so that it may slip if the discharge speed falls below the maximum speed.
In fig. lb, the rod can heat up to the first roller 75 or so,
After some reheating has been achieved, the cooling of the rod begins, the exact point at which this occurs varying with the type of material to be shaped and depending on the determined operating conditions.
Certain types of profiles and profiles of certain materials may be advantageous. be cooled by one or more sprays of water (not shown), arranged so as to direct slicks or direct currents downwards on the rod, so as to cool it uniformly over its entire periphery when it passes below the respective sprayers.
In some cases, water sprays are not used and the upset profile is cooled simply by exposing it to the ambient atmosphere.
A cutting device (not shown), of any suitable construction, can be provided to cut the upset profile into suitable lengths.
The delivery device and the associated members as well as the devices serving to supply the lubricant into the die are shown in detail in FIGS. 2 and 3. The delivery device 40 comprises a heating jacket 40a for hot oil or water and contains a screw 40b, the drive mechanism of which is housed in a housing 40, fig. 3.
The plastic flows from the discharge device 40 through a fitting 40d having a conical inlet and an outlet of reduced section and which is held in the head of the discharge device by a threaded tubular nut and by screws as shown in fig. 2. The connector 40d is screwed into the body 41a of the filter 41, which is held in place between the head 41b at one end of the body 41a and the body 42a of the plastic valve attached to the other end of the body 41a.
The filter 41 consists of a perforated metal cylinder surrounded by a metal mesh. preferably extremely fine and comprising, for example, 700 threads by 25.4 millimeters in length, so as to retain all foreign matter, even a material as fine as tow and to form a smooth flanged neck giving the plastic material uniform viscosity. The plastic material is heated to a relatively high temperature and is brought to a relatively low viscosity in the discharge device to allow it to pass through this extremely fine screen. The body and the filter are heated by thermal conduction from the discharge device.
As shown in fig. 2, the valve 42 for the plastic material is of the rotating ci type and comprises a handle of my work 42b. The valve can be provided with any suitable means making it possible to hold it rigidly, for example a screw.
The valve for the plastic opens into the nozzle 43 extending into the interior of the die 45. The nozzle 43 is of small cross section and is thin-walled. It is an integral part of a thick body provided with a flange, as shown, which is held by a fitted ring 43a, of a quarter, on the body 42a of the valve and, on the other hand, in a part 431) screwed onto the die 45. The part 43b comprises a conduit 44 for the lubricant which flows into the socket at the rear end of the nozzle. inside an annular space 44d provided between the interior of the part 43b and the nozzle 43.
From behind this annular space, lubricant flows over the entire outer surface of the nozzle 43 and over the entire inner surface of the die 45.
The members receiving the plastic material and located between the delivery device and the die are subjected to a very high pressure and are liable to break; furthermore, the plastic material is liable to escape through the joints. To avoid the breakage of these members, they are provided with very strong walls and the leakage of fluid plastic material is prevented by clamping together the various members by means of extremely strong bolts 41c and 41d which pass through ears provided in the head 41b, in the body 42a of the valve and in the part 43b.
By removing the bolts, the components can be easily disassembled for cleaning, repair or replacement.
The conduit 44 provided in the sleeve 43b receives the lubricant from the short pipe 61 connected to the nozzle 44a which is welded to the part 43b as shown in FIG. 2.
The tubing 61, the nozzle 44a and the body 59a of the restrictor 59 have very thick walls and small bores to prevent elasticity in the lubricant connections between the restrictor and the die and to contain a volume of. lubricant as low as possible between these organs.
This ensures that a small incompressible quantity of lubricant is stored between the throttle device 59 and the plastic material contained in the die and, this, in an inelastic enclosure in the event of a sudden increase in pressure in the die. plastic material inside the die resulting from local gluing or any other cam.
Consequently, the pressure of the lubricant will be immediately subjected to the pressure variations of the plastic material ensuring a permanent hydrostatic balance between these pressures. This not only tends to prevent or mitigate sticking, but also prevents flow of plastic material around nozzle 43 and behind the end thereof which could stop the flow of lubricant and cause sticking or clogging. .
The throttle device 59 includes a needle 59b slidably fitted in the bore and which is moved inward and outward by rotating the operating sleeve 59e in the bore.
which it is fixed by its outer end.
Sleeve 59e is screwed onto body 59a of the
throttling device. When the needle
59b is embedded in the body, resistance to
the flow of lubricant between this needle
and the bore is increased and when it is
displaced outward, the resistance to
lement is diminished. This produces the flow-
Critically very low Lubricant required.
We will now describe some examples
ples of implementation of the method according to
present invention.
Example I:
A methacrylate molding powder
of polymethyl is formed into a rod of
9.5 millimeters in diameter when heated
in the repression device, by making it
jump pass through a filter held at a
temperature 'of about 2120 C and then in
pushing the material through a nozzle into
a 3.12 meter long lifeline through
which. lubricant is forced to flow
as a film on the surface of
the die at a flow rate of 20 drops per minute,
under pressure, about 422 kilograms
per square centimeter. A temperature of
Approx. 630 C is maintained in the jacket
of the sector.
The rod can be forced back at a speed
of about 3.40 meters per minute or one
flow rate of approximately 17.65 kilograms per hour.
Example 11:
A methacrylate molding powder
polymethyl is shaped into a rod of
25.4 millimeters in diameter by heating the
compound in the discharge device,
passing it through a filter kept at
a temperature of approximately 2040 C and
discharging through a nozzle into a
die 4.42 meters long. Lubricant
is forced to flow into the die under
form of a film covering the surface of this die at a rate of 9 drops per
minute under a pressure of 422 kilograms
approximately per square centimeter.
Temperature
of the die corresponds to that of a jacket temperature of approximately 710 ° C. at the entrance to the die. The rod can be driven back at a speed of 0.46 meters per minute or at a rate of 17.35 kilograms. s on time.
Example III:
A polystyrene molding powder is shaped into a rod 9.5 millimeters in diameter by first heating it in a discharge device, passing it through a filter maintained at a temperature of 2230 C and discharging the material highly heated plastic through a nozzle in a 3.12 meter long lae die. Lubricant is forced into the die in the form of a film covering its surface at a rate of 12 drops per minute under a source pressure of about 422 kilograms per square centimeter.
The temperature of the die corresponds to a temperature of the jacket of 770 C. The rod can thus be driven back at a speed ide 3.15 meters per minute or at a flow rate of 14.95 kilograms per hour. The rod thus produced from a polystyrene molding compound has a dull surface.
Example IV:
A polystyrene molding compound is subjected to heating and pressure in a discharge device, passes through a filter maintained at a temperature of about 2230 C and is then discharged through a nozzle in a 4.42 meter die. long to be shaped into a rod 25.4 millimeters in diameter. The temperature of the die liner at the die hoop inlet end can be 85.5 ° C and the flow of lubricant through the die can be set at a rate of 11 drops per minute. The rod can be driven at a rate of 0.483 meters per minute or at a rate of 17.215 kilograms per hour.
In Examples I to IV above, a progression of the temperature can be maintained in the die corresponding to an increase of approximately 5.55 C in the water jacket from the inlet to the outlet of the die, a significant amount of whining being transferred from the plastic to the. Water jacket so that the rod gradually cools and hardens in the die.
In addition to rods, tubAs and tapes can be fabricated, and in tube fabrication, lubricant can be applied to one or both surfaces of the tube, as described above. It will be appreciated that in forming thermosetting plastics, the temperature of the die is controlled so as to impart heat to the plastic that is in that die, rather than removing it, although some cooling of the die. such a thermosetting plastic material in the die can be made if desired.
In tube production, lubricant can be introduced between the inner surface of the plastic and the outside of the mandrel on which the tube is formed. In this hut, an annular conduit for the lubricant is provided on the inner end of the mandrel or at any other desired location thereof.
The amount of plastic or of the load fed into the delivery device can vary. Besides the molding powder, fillers in the more or less plastic state or even in the liquid or semi-liquid state can be introduced into the delivery device and shaped according to the desired profiles by the new process according to the invention.
Instead of producing bubble-free profiles, the invention can be used to produce profiles containing foam or decorative bubbles such as rods in which gas or vapor bubbles can be formed inside. an outer enclosure free of bubbles made of transparent material. This can be achieved by increasing the speed with which the profile is forced out, so that the action of pressure and, of temperature change, such as cooling, is insufficient to prevent the formation of gas bubbles inside. of the transparent outer layer.
CLAIMS
I. Process for shaping a plastic organic material, characterized by the fact that the plastic material is forced back in the form of a material stream from a nozzle through a die, that a continuous film of lubricant between the plastic material and the die over the entire surface of this die by constantly supplying the die with said lubricant under a pressure greater than that which is applied to the plastic material, which the plastic is coated with , where it approaches the initial conformation surface of the die, in said lubricant,
and that the flow of the latter in the die and its removal is regulated so that the flow rate of the lubricant has a very low value, fixed in advance.