Procédé pour le broyage continu de matières plastiques et appareil pour la mise en eeuvre de ce procédé. La présente invention concerne un procédé de broyage continu de matières plastiques et un appareil pour la mise en oeuvre de çe pro cédé, et plus particulièrement un procédé et un appareil grâce auxquels la matière est. sou mise à des cycles répétés de compression, d'éti rage et de cisaillement.
Lorsqu'on broie des matières plastiques granuleuses ou pulvérulentes qui sont nor malement à l'état solide, telles que les copo- lymères vinyliques, les caoutchoucs naturels et synthétiques, les résines polyesters, le sty rène polymérisé, etc., avec des charges, des colorants, des plastifiants, etc., dans un broyeur du type couramment utilisé pour les matières plastiques, on constate que le mé lange a souvent. tendance à circuler d'une façon répétée, à se canaliser ou à séjourner un certain temps sans subir aucun broyage dans quelque partie de l'appareil, de sorte que le produit obtenu peut ne pas posséder l'homo généité désirée.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour le broyage des matières plastiques, dans lequels l'action de broyage est formée de cycles répétés de compression, d'éti rage et de cisaillement. Ces cycles sont obte nus en faisant tourner une partie de la ma tière plastique à une vitesse et dans un sens donnés, puis en amenant ladite partie en rota tion au contact d'une autre partie tournant à une vitesse et dans un sens différents. Cette action rotative a pour effet de soumettre la matière à des forces de compression, d'étirage et de cisaillement chaque fois que des parties de matière qui tournent dans des sens oppo sés entrent mutuellement en contact.
Des fragments de matière échangent ainsi leurs positions en passant d'une des parties à l'autre, et la matière est ainsi parfaitement malaxée, de telle sorte qu'on obtient un pro duit homogène.
Le procédé de broyage continu des ma tières plastiques objet de l'invention est carac térisé par le fait qu'il consiste à faire tourner une partie de la matière à une vitesse donnée et dans un sens donné, à faire tourner une autre partie de ladite matière à une vitesse différente et en sens inverse de la première partie et à amener les deux parties au contact l'une de l'autre dans des conditions propres à favoriser un échange de matière entre les deux parties.
L'invention a également pour objet un appareil pour la. mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre formée par deux cavités cylindriques adjacentes dont les sections circulaires che vauchent l'une sur l'autre et dont les axes longitudinaux sont parallèles, un rotor dis posé dans chacune de ces cavités cylindriques et dont l'axe longitudinal coïncide avec l'axe longitudinal de ladite cavité cylindrique, cha cun des deux rotors comportant au moins une ailette qui s'étend sensiblement jusqu'à la pa roi cylindrique de la cavité correspondante, les deux rotors étant entraînés en rotation de manière à tourner autour de leurs axes res pectifs à des vitesses différentes et dans des sens opposés.
Selon une variante de cet appareil, une partie de chaque rotor voisine de l'orifice par lequel la matière plastique est introduite dans la chambre peut être pourvue d'au moins un filet de vis qui engrène avec un filet de vis du rotor opposé. Toutefois, pour éviter le ris que de détérioration des filets, il est essentiel, dans cette variante, que le pas des filets de vis de celui des rotors qui tourne le plus vite soit un sous-multiple du pas des filets de vis de celui qui tourne le moins vite.
Le dessin annexé illustre le procédé et re présente, à titre d'exemple, une forme et une variante d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale verticale de la forme d'exécution, cette coupe étant faite par la ligne 1-1 de fig. 2.
Fig. 2 est une vue en coupe transversale par la ligne 2-2 de fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe horizontale d'une variante de l'appareil représenté aux fig. 1 et 2.
Fig. 4 est un schéma illustrant la coopé ration des deux rotors dans des positions an gulaires successives.
Dans la mise en oeuvre du procédé, la ma tière plastique à laquelle on envisage d'incor porer des agents modificateurs tels que des paraffines de pétrole à l'état liquide et, si on le désire, des charges pulvérulentes sèches, est introduite dans la gorge que font entre eux deux rotors tournant - en engrenant mu tuellement - autour d'axes fixes, à l'intérieur d'une chambre ayant approximativement une section transversale en forme de huit. Ces rotors sont, de préférence, du type à plusieurs ailettes s'étendant sur toute leur longueur.
Chaque rotor comporte, de préférence, deux ailettes sensiblement diamétrales et s'étendant, de préférence, hélicoïdalement suivant un angle peu incliné par rapport à l'axe du rotor, afin de favoriser le mouvement de la matière le long de l'arbre dit rotor. L'ouverture d'en trée de la matière est située à l'une des extré mités de la chambre et au centre au-dessus des rotors, tandis que l'ouverture de décharge est située à l'autre extrémité et au-dessous des rotors.
Si on le désire, une seconde paire de rotors, identique à la première, est disposée dans une chambre semblable située au-des sous de la première chambre dans la même enveloppe, afin. de réduire la longueur totale de l'appareil et d'obtenir une disposition plus compacte dudit appareil, l'ouverture de dé charge dit broyeur étant, dans ce cas, située à. l'alignement vertical de L'ouverture d'admis sion.
Sur des prolongements extérieurs des arbres des rotors sont calés des pignons engrenant mutuellement pour en traîner 1'11n des rotors d'une paire à une vitesse qui est un multiple de la, vitesse corn- muniqitée à l'autre, de préférence le double.
L'engrènement des rotors à. des vitesses diffé rentes est rendu possible par une orientation convenable des ailettes de ces rotors. Les rotors agissent, de manière à effectuer pério diquement une compression, un cisaillement et un étirage de la matière en cours de broyage. Les rotors et la chambre peuvent être chauffés ou refroidis selon que les circons tances peuvent l'exiger.
Des filets de vis peuvent être substitués aux ailettes sur une partie des rotors situés au-dessous de l'ouverture par laquelle la ma tière pénètre dans la chambre du broyeur- malaxeur. Cette partie filetée force la matière plastique à avancer et l'introduit dans les espaces compris entre les ailettes. Le pas des filets héliedïdaux du rotor tournant le plus vite est la moitié ou un autre sous-multiple entier de celui des filets du rotor qui tourne le moins vite.
Dans l'exemple représenté, le broyeur- malaxeur comprend une enveloppe 10 présen tant des cavités cylindriques 12 et 14 dont. les sections transversales circulaires chevauchent l'une sur l'autre de façon à former une chant- bre unique 15, ayant en section transversale sensiblement la forme du chiffre huit. A l'une des extrémités de cette chambre 15, l'enve loppe 10 présente, en vue de l'admission de 1a matière plastique, une tubulure 16 qui peut être pourvue de tubes perforés 17 permettant l'introduction de constituants liquides.
Pour permettre d'introduire des quantités plus grandes de matières pulvérulentes ou liquides, il est monté des tubes d'alimentation 18 qui débouchent directement dans la chambre 15 à travers la paroi de l'enveloppe 10. Celle-ci est pourvue clé conduits 20 destinés à permettre le passage d'un agent de chauffage ou de refroidissement, suivant les cas.
Dans des parois de l'enveloppe 10 sont sup portés de faon rotative, suivant l'axe des cavités respectives 72 et 14, deux rotors 22 et 24 engrenant mutuellement. Chacun des rotors est pourvu de deux ailettes longitudinales con tinues a, b et c, d respectivement, qui possè dent sensiblement la même section transver sale et qui sont, de préférence, en forme d'hé lices inclinées dans des directions opposées suivant un angle aigu par rapport à leurs plans axiaux respectifs.
Il est, de préférence, prévu dans l'enve loppe 10 une seconde chambre 25 qui est iden tique et située parallèlement à la chambre 15 et au-dessous de cette dernière, cette chambre 25 contenant une seconde paire de rotors 26 et 28 qui sont supportés rotativement par l'en veloppe 10 suivant l'axe des cavités cylindri ques constituant ladite chambre. Ces rotors sont identiques aux rotors 22 et. 24, excepté que l'angle de l'ailette hélicoïdale et la posi tion du rouleau tournant le plus vite sont in versés. La cloison 30 ménagée entre les cham bres 15 et 25 est percée d'une ouverture 32 qui fait communiquer les chambres entre elles et qui constitue ainsi un échappement pour la chambre 15 et mie admission pour la Cham bre 25.
L'enveloppe 10 est aussi pourvue d'une tubulure de sortie 33 partant du second étage du broyeur et, de préférence, située à l'aplomb vertical de la tubulure d'admis sion 16. lies rotors engrenants 22, 24 et 26, 28 sont actionnés dans des sens opposés à des vitesses différentes, la vitesse du rotor tour nant le plus vite étant un multiple de celle du rotor tournant le moins vite. A cet effet, sur l'arbre du rotor 22 tournant le plus vite est claveté un petit pignon moteur 35 qui engrène avec une grande roue menée 36, clavetée sur l'arbre du rotor 24 tournant le plus lentement. De même, sur l'arbre du rotor 26 tournant le plus vite de la paire inférieure est claveté un petit pignon moteur 37 engrenant avec une grande roue dentée 38, clavetée sur l'arbre du rotor 28 tournant le plus lentement.
L'extré mité opposée du rotor à grande vitesse 22 de la paire supérieure constitue l'arbre moteur 40, sur lequel est calée une roue dentée d'en traînement 42 qui engrène avec une roue den tée commandée 43, calée sur l'arbre du rotor à grande vitesse 26 du second étage. Les deux roues dentées 42 et 43 ont le même diamètre en vue d'obtenir un rapport de transmission de 1 à 1. L'arbre moteur 40 est accouplé à une source d'énergie motrice, appropriée (non représentée).
Les deux longues flèches horizontales de la fig. 1 indiquent les sens mutuellement oppo sés du mouvement de la matière traitée le long des paires de rotors des étages respectifs.
On a représenté schématiquement à la fig. 4 la façon dont fonctionnent les rotors engrenants. A la position zéro du rotor à faible vitesse, l'extrémité clé l'ailette c de ce rotor est tournée vers un des flancs du rotor à. grande vitesse, entre les ailettes a et b de ce dernier.
A la position à 45 du rotor à faible vi tesse, l'ailette b du rotor à, grande vitesse s'est rapprochée rapidement de l'ailette c, qui s'en écarte lentement, ce qui a pour effet de comprimer et de refouler la matière entre ces deux ailettes, ainsi que d'effectuer un échange de matière de l'une à l'autre de ces ailettes. A la position à 90 , l'ailette b s'est rapide ment éloignée de l'ailette c qui s'en éloigne elle-même lentement., ce qui étire la matière comprise entre les deux ailettes. De plus, le rotor à grande vitesse a tourné de 180 , de sorte que c'est le flanc opposé qui est mainte nant tourné vers le rotor à faible vitesse.
A 135 , l'ailette a du rotor le plus rapide a passé rapidement en avant de l'ailette d du rotor le plus lent, ce qui a cisaillé la matière située entre les deux ailettes.
A 180 , le rotor tournant le plus vite est revenu à sa position de départ ou zéro, mais le rotor lent a tourné d'un demi-tour. Par suite, dans cette position, l'ailette d du rotor lent est maintenant tournée vers le flanc ini tial du rotor rapide. A mesure que le cycle se répète, c'est d'abord un des flancs du rotor rapide, puis l'autre, qui est opposé à un côté ou flanc donné du rotor lent et qui coopère avec lui. Diverses combinaisons de compres sion, de refoulement, d'étirage et de cisaille ment s'effectuent donc à mesure que se répè tent les cycles de rotation.
Dans la variante de fig. 3, un rotor rapide 42 engrène avec un rotor lent 44 dans la chambre 15. Dans la partie située au-dessous de la tubulure d'admission 16, les rotors pré sentent, en remplacement des ailettes, des filets hélicoïdaux qui engrènent entre eux, les filets 4 7 du rotor le plus rapide 42 ayant un pas égal à la moitié du pas des filets 48 du rotor lent 44. L'engrènement de ces filets 47 et 48 a pour effet de faire avancer la matière plas tique admise par la tubulure 16 dans le sens de la flèche horizontale indiquée à la fig. 3, pour l'amener à la zone d'action des ailettes des rotors, puis de cette zone vers et à travers l'orifice de décharge 32.
L'enveloppe 10 est la même que celle représentée aux fig. 1 et 2 et le second étage est identique au premier.
Cet appareil est, en particulier, avantageu sement applicable au malaxage de matières de viscosité élevée, telles que le polystyrène, avec des cires, colorants et matières similaires.
Process for the continuous grinding of plastics and apparatus for carrying out this process. The present invention relates to a process for the continuous grinding of plastics and an apparatus for carrying out this process, and more particularly to a process and an apparatus by which the material is. subjected to repeated cycles of compression, stretching and shearing.
When grinding granular or powdery plastics which are normally in the solid state, such as vinyl copolymers, natural and synthetic rubbers, polyester resins, polymerized styrene, etc., with fillers, dyes, plasticizers, etc., in a mill of the type commonly used for plastics, the mixture is often found to be mixed. tendency to circulate repeatedly, to channel or to remain for a certain time without undergoing any grinding in some part of the apparatus, so that the product obtained may not have the desired homogeneity.
The present invention relates to a method and apparatus for grinding plastics, in which the grinding action is formed by repeated cycles of compressing, stretching and shearing. These cycles are obtained by rotating a part of the plastic material at a given speed and in a given direction, then by bringing said rotating part into contact with another part rotating at a different speed and in a different direction. This rotating action has the effect of subjecting the material to compressive, stretching and shearing forces whenever parts of material which rotate in opposite directions come into contact with each other.
Fragments of material thus exchange their positions while passing from one part to the other, and the material is thus perfectly mixed, so that a homogeneous product is obtained.
The continuous grinding process for plastics that is the subject of the invention is characterized by the fact that it consists in rotating part of the material at a given speed and in a given direction, in rotating another part of said material. material at a different speed and in the opposite direction to the first part and to bring the two parts into contact with one another under conditions conducive to an exchange of material between the two parts.
The invention also relates to an apparatus for. implementation of this method, characterized in that it comprises a chamber formed by two adjacent cylindrical cavities whose circular sections overlap one on the other and whose longitudinal axes are parallel, a rotor placed in each of these cylindrical cavities and the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of said cylindrical cavity, each of the two rotors comprising at least one fin which extends substantially as far as the cylindrical pa king of the corresponding cavity, the two rotors being rotated so as to rotate about their respective axes at different speeds and in opposite directions.
According to a variant of this device, a part of each rotor adjacent to the orifice through which the plastic material is introduced into the chamber may be provided with at least one screw thread which meshes with a screw thread of the opposite rotor. However, to avoid the risk of damage to the threads, it is essential, in this variant, that the pitch of the screw threads of that of the rotors which rotates the fastest is a sub-multiple of the pitch of the screw threads of the one that turns the slowest.
The appended drawing illustrates the method and shows, by way of example, a form and an alternative embodiment of the apparatus which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a view in vertical longitudinal section of the embodiment, this section being taken by line 1-1 of FIG. 2.
Fig. 2 is a cross-sectional view taken on line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a horizontal sectional view of a variant of the apparatus shown in FIGS. 1 and 2.
Fig. 4 is a diagram illustrating the cooperation of the two rotors in successive angular positions.
In carrying out the process, the plastic material in which it is envisaged to incorporate modifying agents such as petroleum paraffins in the liquid state and, if desired, dry pulverulent fillers, is introduced into the mixture. groove made between them two rotors rotating - by mutually meshing - around fixed axes, inside a chamber having approximately a cross-section in the form of eight. These rotors are preferably of the type with several fins extending over their entire length.
Each rotor preferably comprises two substantially diametral fins and preferably extending helically at an angle which is slightly inclined with respect to the axis of the rotor, in order to promote the movement of the material along the said rotor shaft. . The material inlet opening is located at one end of the chamber and centrally above the rotors, while the discharge opening is located at the other end and below the rotors. rotors.
If desired, a second pair of rotors, identical to the first, is arranged in a similar chamber located below the first chamber in the same envelope, in order. to reduce the total length of the apparatus and to obtain a more compact arrangement of said apparatus, the discharge opening said crusher being, in this case, located at. the vertical alignment of the inlet opening.
On outer extensions of the shafts of the rotors are wedged gears intermeshing to drag 11n of the rotors of one pair at a speed which is a multiple of the speed common to the other, preferably twice.
The engagement of the rotors at. different speeds is made possible by a suitable orientation of the fins of these rotors. The rotors act so as to periodically effect compression, shearing and stretching of the material being crushed. The rotors and the chamber can be heated or cooled as circumstances require.
Screw threads can be substituted for fins on a portion of the rotors located below the opening through which material enters the mill-mixer chamber. This threaded part forces the plastic material to advance and introduces it into the spaces between the fins. The pitch of the helical threads of the fastest rotating rotor is half or some other whole submultiple of that of the threads of the slowest rotating rotor.
In the example shown, the crusher-mixer comprises a casing 10 presenting cylindrical cavities 12 and 14 including. the circular cross sections overlap each other to form a single rib 15, having in cross section substantially the shape of the number eight. At one of the ends of this chamber 15, the casing 10 has, for the admission of the plastic material, a pipe 16 which can be provided with perforated tubes 17 allowing the introduction of liquid constituents.
To allow the introduction of larger quantities of pulverulent or liquid materials, supply tubes 18 are mounted which open directly into the chamber 15 through the wall of the casing 10. The latter is provided with ducts 20 intended for to allow the passage of a heating or cooling agent, as the case may be.
In the walls of the casing 10 are supported in a rotating manner, along the axis of the respective cavities 72 and 14, two rotors 22 and 24 meshing mutually. Each of the rotors is provided with two continuous longitudinal fins a, b and c, d respectively, which have substantially the same transverse cross-section and which are preferably in the form of propellers inclined in opposite directions at an angle. acute with respect to their respective axial planes.
There is preferably provided in the casing 10 a second chamber 25 which is identical and situated parallel to the chamber 15 and below the latter, this chamber 25 containing a second pair of rotors 26 and 28 which are rotatably supported by the casing 10 along the axis of the cylindrical cavities constituting said chamber. These rotors are identical to rotors 22 and. 24, except that the angle of the helical vane and the position of the fastest rotating roller are reversed. The partition 30 formed between the chambers 15 and 25 is pierced with an opening 32 which makes the chambers communicate with each other and which thus constitutes an exhaust for the chamber 15 and an inlet for the chamber 25.
The casing 10 is also provided with an outlet pipe 33 starting from the second stage of the crusher and, preferably, located vertically in line with the intake pipe 16. The intermeshing rotors 22, 24 and 26, 28 are actuated in opposite directions at different speeds, the speed of the faster rotating rotor being a multiple of that of the slower rotating rotor. For this purpose, on the shaft of the rotor 22 rotating the fastest is keyed a small motor pinion 35 which meshes with a large driven wheel 36, keyed on the shaft of the rotor 24 rotating the slowest. Likewise, on the shaft of the faster rotating rotor 26 of the lower pair is keyed a small motor pinion 37 meshing with a large toothed wheel 38, keyed on the shaft of the slowest rotating rotor 28.
The opposite end of the high speed rotor 22 of the upper pair constitutes the motor shaft 40, on which is wedged a driving toothed wheel 42 which meshes with a controlled toothed wheel 43, wedged on the shaft of the high speed rotor 26 of the second stage. The two toothed wheels 42 and 43 have the same diameter in order to obtain a transmission ratio of 1 to 1. The drive shaft 40 is coupled to a source of motive power, suitable (not shown).
The two long horizontal arrows in fig. 1 indicate the mutually opposite directions of movement of the processed material along the pairs of rotors of the respective stages.
There is shown schematically in FIG. 4 how the mesh rotors work. At the zero position of the rotor at low speed, the key end of the fin c of this rotor is turned towards one of the sides of the rotor à. high speed, between the fins a and b of the latter.
At the 45 position of the low speed rotor, the vane b of the high speed rotor has rapidly approached the vane c, which is slowly moving away from it, which has the effect of compressing and pushing back. the material between these two fins, as well as performing an exchange of material from one to the other of these fins. At the 90 position, the fin b has rapidly moved away from the fin c which itself slowly moves away from it, which stretches the material between the two fins. In addition, the high speed rotor has rotated 180 so that the opposite flank is now facing the low speed rotor.
At 135, the fin a of the faster rotor passed rapidly ahead of the fin d of the slower rotor, which sheared the material between the two fins.
At 180, the fastest rotating rotor has returned to its starting or zero position, but the slow rotor has turned half a turn. Therefore, in this position, the vane d of the slow rotor is now turned towards the initial flank of the fast rotor. As the cycle repeats, it is first one of the sides of the fast rotor, then the other, which is opposed to a given side or side of the slow rotor and which cooperates with it. Various combinations of compression, upsetting, stretching and shearing therefore take place as the cycles of rotation are repeated.
In the variant of fig. 3, a fast rotor 42 meshes with a slow rotor 44 in the chamber 15. In the part located below the intake manifold 16, the rotors present, replacing the fins, helical threads which mesh with each other, the threads 4 7 of the fastest rotor 42 having a pitch equal to half the pitch of the threads 48 of the slow rotor 44. The engagement of these threads 47 and 48 has the effect of advancing the plastic material admitted by the tubing 16 in the direction of the horizontal arrow shown in fig. 3, to bring it to the area of action of the rotor fins, then from this area to and through the discharge port 32.
The envelope 10 is the same as that shown in FIGS. 1 and 2 and the second stage is identical to the first.
This apparatus is, in particular, advantageously applicable to the kneading of materials of high viscosity, such as polystyrene, with waxes, dyes and the like.