Dispositif de refroidissement et de solidification d'un tube en matière plastique sortant d'une filière d'extrusion
La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement et de solidification d'un tube en matière plastique sortant d'une filière d'extrusion.
La fabrication des tubes en polyamides et superpolyamides ( nylon ) se fait généralement sur boudineuse et la matière plastique sort de la filière d'extrusion à une température qui est de l'ordre de 2400 C, sous la forme d'un liquide visqueux et collant. Ce tube doit être immergé rapidement dans l'eau froide où sa solidification s'effectue et il est tiré et enroulé par des dispositifs spéciaux.
Dans ces conditions, la forme circulaire du tube, qui n'est maintenue habituellement que par une légère pression de gaz à l'intérieur du tube, ainsi que les cotes en diamètres et épaisseurs, sont difficiles à obtenir avec la précision requise et on est très rapidement limité en diamètre par les irrégularités dimensionnelles. C'est pourquoi jusqu'à présent on ne sait faire en polyamides que des tubes de petit diamètre.
Dans la fabrication de tubes en matières thermoplastiques (polychlorure de vinyle ou polyéthylène, par exemple), qui sortent de la filière sous forme pâteuse et non collante, il est de pratique courante d'utiliser, pour la mise en forme, une filière froide comprenant un tube métallique refroidi extérieurement par l'eau, dans lequel passe le tube en matière plastique encore chaud appliqué par gonflage contre la paroi intérieure du tube métallique refroidi.
Un telle pratique n'est pas applicable aux polyamides qui sont liquides et très collantes à la sortie de la filière.
Certaines matières telles que le polytétrafluoréthylène (Téflon) ou le Kel-F (monochlorotrifluoréthylène) jouissent à la fois d'une bonne résistance à la chaleur pour la température d'emploi, de propriétés anticollantes et de possibilités d'usinage ou de mise en forme avec une précision mécanique suffisante.
Ces matières ont, toutefois, l'inconvénient d'être mauvaises conductrices de la chaleur, de sorte que leur refroidissement ne peut s'envisager par l'extérieur.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient et le dispositif qui en fait l'objet est caractérisé en ce qu'il comporte un couloir de section adaptée à celle du tube à traiter et dont la paroi en contact avec ledit tube est aménagée de manière que l'eau de refroidissement vienne en contact direct avec le tube en matière plastique à refroidir sur tout ou partie de sa longueur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution du dispositif objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale schématique de la première forme d'exécution.
La fig. 2 en est une coupe selon II-II.
La fig. 3 montre un détail à plus grande échelle.
La fig. 4 est une vue en coupe longitudinale de la seconde forme d'exécution du dispositif.
La fig. 5 en est une coupe transversale selon la ligne V-V de la fig. 4.
Les fig. 6 et 7 sont des demi-coupes longitudinales partielles de deux variantes de détail.
Les fig. 8 à 10 concernent d'autres variantes de détail de la fig. 4.
La fig. 11 est une coupe transversale de la troisième forme d'exécution.
La fig. 12 en est une coupe longitudinale par la ligne XII-XII de la fig. 11.
La fig. 13 montre à plus grande échelle un détail en coupe partielle.
Les fig. 14 et 15 sont des vues analogues d'une variante de cette forme d'exécution.
Dans la forme d'exécution représentée sur les fig. 1 à 3, le dispositif de refroidissement est associé à une filière d'extrusion 1 munie de son canal de filage annulaire 2 par lequel sort le tube en matière plastique 3 et d'un canal central 4 par lequel on introduit un gaz sous pression, tel que de l'azote, à l'intérieur du tube 3 pour le maintenir gonflé. A quelque distance de la filière 1 se trouve le dispositif de refroidissement comprenant un couloir refroidi 5 dont le canal cylindrique 6 a un diamètre égal au diamètre extérieur que l'on veut obtenir pour le tube final. Celui-ci qui est appliqué par la pression de l'azote contre ledit canal 6, est tiré par des moyens connus dans le sens de la flèche 7.
Le couloir 5 est avantageusement en polytétrafluoréthylène, produit connu sous la marque de fabrique Téflon, ou en matière équivalente telle que le Kel-F (mo nochlorotrifluoréthylène). La paroi de son canal 6 est creusée d'une rainure hélicoïdale 8 qui, dans la forme d'exécution représentée, est dextrorsum sur une portion de l'alésage et si- nistrorsum sur l'autre, les deux parties de la rainure partant d'un point commun 9 où débouche, de préférence tangentiellement, un canal 10 amenant de l'eau de refroidissement sous une pression convenable. Cette pression est assez grande pour assurer la circulation de l'eau dans la gorge 8 au contact du tube filé 3, mais assez petite pour éviter que le tube ne s'écarte de la paroi interne du canal 6.
Par exemple, l'eau peut être fournie par un petit bac à niveau constant placé à la hauteur voulue au-dessus du couloir. L'eau ayant circulé dans la gorge 8 s'échappe en 1 1 aux extrémités de cette gorge. Elle assure le refroidissement direct du tube 3 en matière plastique et, en même temps. une sorte de lubrification du tube et de la paroi du canal, qui améliore encore les propriétés anticollantes de la matière utilisée par le couloir 5. Le canal 6 est évidemment assez long pour que le tube en sorte à l'état solide et indéformable sous l'effet de la pression de gaz qui règne à son intérieur.
La gorge ou rainure 8 a, de préférence, un profil semblable à celui que montre la fig 3, avec un bord abrupt 8a du côté où arrive le tube filé et un bord opposé 8b, en pente plus douce, qui facilite le passage d'un mince film d'eau entre le tube 3 et le canal 6.
Dans la forme d'exécution qui vient d'être décrite, l'intervalle existant entre la sortie de la filière 1 et l'entrée du couloir de refroidissement 5 permet, grâce à la consistance semi-liquide de la matière sortant de la filière, d'avoir pour le couloir une section différente de celle de la filière. On peut donc avec une même filière réaliser, par un dessin approprié de la section du couloir, des tubes de section quelconque.
Dans la forme d'exécution représentée sur la figure 4, le couloir de refroidissement, supposé dans cette forme d'exécution à section circulaire, et dans lequel passe le tube en matière plastique 3 sortant de la filière, est constitué par un fil métallique 20 enroulé en hélice à spires presque jointives, le diamètre interne de cette hélice étant égal au diamètre externe du tube 3. L'hélice est maintenue entre des ailettes longitudinales 21, qui sont munies, sur leur côté en contact avec l'hélice, d'une sorte de crénelage 22 à entailles arrondies, dans lesquelles s'engagent les spires de l'hélice qui sont ainsi bien maintenues à l'écartement désiré.
Les ailettes 21 sont elles-mêmes tenues par des anneaux d'entretoise 23 sur lesquels elles peuvent être soudées. L'ensemble ainsi réalisé peut être immergé dans un bac contenant le liquide de refroidissement et percé dans ses parois de trous destinés au passage du tube extrudé à refroidir. Ou encore, comme sur les fig. 4 et 5, l'ensemble de l'hélice et des organes 21, 23 peut être monté dans un cylindre 24 aménagé pour une circulation du liquide de refroidissement. Ce liquide entre dans ledit cylindre par un tuyau 25, il passe le long de l'hélice, entre les ailettes 21, en étant constamment en contact entre les spires de l'hélice avec le tube 3 à refroidir, puis il sort par le tube 26. Les ailettes 21 sont munies de parties en saillie 27 par lesquelles elles sont centrées en même temps que l'hélice sur la paroi interne du cylindre 24.
Celui-ci est fermé aux deux bouts par des fonds vissés 28 percés d'orifices 29 dans lesquels viennent se centrer les extrémités de l'hélice et que traverse le tube 3 à refroidir. L'hélice peut naturellement se prolonger à l'extérieur des fonds 28, au lieu de s'arrêter à la face externe de ces fonds comme figuré sur le dessin.
Le fil constituant l'hélice peut avoir une section quelconque autre que circulaire, par exemple une section ovale (fig. 6) ou encore rectangulaire (fig. 7).
La fig. 8 montre une variante dans laquelle l'hélice formant le couloir de passage du tube extrudé est maintenue seulement à ses deux extrémités dans les fonds 28, l'hélice ayant à
cet effet une rigidité suffisante. Les deux fonds comportent une sorte de taraudage 32 corres
pondant au pas de l'hélice et dans lequel celleci peut être vissée. Le fond de gauche est luimême vissé dans le cylindre 24. I1 reçoit d'abord l'hélice dont on visse l'extrémité dans son taraudage 32. Le fond de droite a une paroi cylindrique lisse 33. On le visse sur l'hélice pour l'engager dans le cylindre 24 et il est maintenu en place par serrage au moyen d'une vis pointeau 34.
La variante de la fig. 9 permet de réaliser des pressions différentes (voire aussi des températures différentes) le long du trajet que parcourt le tube à l'intérieur du couloir en hélice. La disposition de l'hélice 20, du cylindre 24 et des fonds 28 est la même que sur la figure 8, mais l'intérieur du cylindre 24 est subdivisé en trois chambres cl, c,, c, par des cloisons 35. Chacune de ces chambres reçoit du liquide de refroidissement provenant de bacs respectifs bl, b2, b3 et rejette le liquide dans des bacs b'1, b'2, b'3 tous ces bacs étant à niveau constant. L'exemple du dessin montre les bacs établis en dessous du dispositif avec circulation par effet de la pression correspondant aux hauteurs de liquide h'1, h'2, h'3.
Dans les trois chambres règne une pression inférieure à la pression atmosphérique, la dépression dans lesdites chambres correspondant respectiment aux hauteurs de liquide hl, h2, h, aux pertes de charge près. Cette dépression, qui se transmet à la paroi extérieure du tube extrudé grâce à la grande perméabilité du couloir héli cotidal, permet d'appliquer étroitement ce tube sur la paroi interne de ce couloir, sans nécessiter de gonflage du tube à une pression supérieure à la pression atmosphérique. il suffit que l'intérieur du tube extrudé soit à la pression atmosphérique, ce qui est facile à réaliser.
L'effet de dépression, lorsqu'il doit être recherché avec une certaine importance, peut être obtenu par une ou plusieurs pompes, de préférence du type volumétrique ou par un procédé quelconque d'aspiration du liquide de refroidissement. Les caractéristiques de ces appareils seront choisies en fonction des dépressions et débits à obtenir.
La fig. 9 montre aussi le cylindre 24 immergé dans un bac 36 rempli de liquide jus qu'à un certain niveau 37. Le tube traverse les parois de ce bac par des trous 38 et les fuites de liquide à travers ces trous sont recueillies par des rigoles 39.
La variante de la fig. 10 est adaptée pour permettre le montage dans un même cylindre 24 d'hélices interchangeables de diamètres différents. Les fonds 28 du cylindre 24 comportent un orifice 40 de diamètre plus grand que celui de la plus grande des hélices utilisables. Cet orifice 40 est fileté et peut recevoir des rondelles 41 agencées elles-mêmes pour recevoir les hélices. Une vis 42 sert au blocage de la rondelle 41 après son vissage.
Au lieu d'avoir une section circulaire, le cylindre géométrique sur lequel est enroulée l'hélice pourrait avoir une section ovale ou autre permettant de conformer par refroidissement et solidification des tubes devant avoir une telle section ovale. Pour réaliser une telle hélice, il suffit d'enrouler le fil la constituant sur un mandrin à section ovale que l'on retire ensuite. On peut de même réaliser des hélices adaptées à la conformation de tubes à section carrée, rectangulaire, etc.
Dans tous les cas, le diamètre du fil formant l'hélice et les intervalles entre spires (intervalles qui peuvent être variables d'un bout à l'autre de l'hélice) sont choisis en fonction des paramètres qui entrent en jeu, tels que le diamètre du tube à conformer et son épaisseur.
Dans la forme d'exécution représentée sur les fig. 11 à 13, le couloir est formé par un assemblage de plaques métalliques 50 placées parallèlement l'une à la suite de l'autre dans le sens du déplacement du tube à refroidir (flèche f fig. 12), c'est-à-dire perpendiculairement aux génératrices du couloir. Ces plaques sont percées chacune, à l'emporte-pièce par exemple, d'une fenêtre 51 ayant exactement la forme de la section extérieure du tube à réaliser. Le dessin montre de telles fenêtres ayant une forme rectangulaire, mais il va de soi que toute autre forme peut être donnée aux fenêtres, permettant d'adapter le dispositif à une forme quelconque de la section du tube. Comme le montre la fig. 13, les bords des fenêtres sont de préférence usinés pour les arrondir et supprimer ainsi les arêtes vives qui risqueraient d'endommager la surface extérieure du tube à refroidir.
Les plaques sont assemblées entre elles de manière que leurs fenêtres 51 soient alignées et qu'il existe, en outre, entre deux plaques successives, un intervalle 52 permettant au liquide de refroidissement de passer librement entre les plaques, pour baigner la surface externe du tube à refroidir qui traverse les fenêtres successives. Un tel assemblage peut être effectué par des tiges 53 qui traversent des trous 54 percés sur les plaques successives. ainsi que des cales d'écartement 55 ménageant entre les plaques les intervalles voulus. Le tout est disposé dans un bac 56 que remplit le liquide de refroidissement et qui est muni d'ajutages 57 pour l'entrée et la sortie de ce liquide. Les faces terminales de ce bac qui sont parallèles aux plaques sont munies naturellement des mêmes fenêtres que cellesci pour l'entrée et la sortie du tube à refroidir.
Sur le dessin, on a représenté des plaques qui sont de même largeur que le bac pour assurer le centrage horizontal desdites plaques, mais qui sont un peu moins hautes pour ménager des passages 58, entre le bas respectivement, le haut des plaques et le fond, respectivement, le dessus du bac, pour que tous les intervalles entre les plaques communiquent directement avec l'entrée et la sortie du liquide. Des pattes 59, solidaires des plaques et reposant sur le fond du bac assurent toutefois le centrage en hauteur des plaques dans le bac.
Dans la variante des fig. 14 et 15, les plaques 50, au lieu d'être disposées perpendiculairement au trajet du tube à refroidir, sont parallèles à ce trajet, de sorte qu'un de leurs bords 60 matérialise une génératrice rectiligne du couloir traversé par le tube. Comme on le comprend, on peut aussi obtenir de cette façon des couloirs ayant une section quelconque adaptée à la forme du tube. Dans cette variante, les bords 60 des plaques 50 contre lesquels chemine le tube peuvent imprimer leur trace dans la paroi de celui-ci, en formant ainsi un tube cannelé. Les plaques 50 peuvent être maintenues aux écartements voulus par engagement de leurs extrémités dans des rainures 61 ménagées sur deux plaques terminales 62 réunies entre elles par des tirants 63. Le tout est immergé dans un bac traversé par le liquide de refroidissement.
Des trous 64 peuvent être percés dans les plaques pour faciliter la circulation de ce liquide.
Outre le fait que les plaques forment un couloir rigide, ce qui permet la construction de couloirs ayant des formes et des dimensions quelconques, l'un des avantages de la forme d'exécution et de la variante représentées en fig. 1 1 à 15 est que les plaques, si elles sont en matière bonne conductrice de la chaleur, concourent à la soustraction des calories sur la paroi du tube et à la dissipation de ces calories, sur toute leur surface, dans le liquide de refroidissement qui les baigne.
Comme ceux décrits en regard des fig. 4 à 10, les couloirs selon les figures 1 1 à 15 se prêtent à la mise en dépression de la surface externe du tube, de manière que celui-ci soit bien appliqué contre la paroi du couloir.
Les plaques pourraient être réalisées en plusieurs parties réunies entre elles. Elles pour raient aussi se réduire à des anneaux dans la forme d'exécution des fig. 1 1 et 12 et à des tiges rectilignes dans la variante des fig. 14 et 15.
Au lieu d'être formées par des éléments séparés, assemblés entre eux, les plaques pourraient aussi être découpées ou réalisées dans une pièce massive.
Bien que, dans les dispositifs décrits, le couloir soit formé d'un seul élément, on pourrait en prévoir plusieurs disposés bout à bout, jointifs ou non, leurs positions longitudinales relatives étant fixes ou réglables.
Dans d'autres formes d'exécution du dispositif, le couloir pourrait également être constitué par exemple par un tube percé de multiples
orifices ou encore par une toile métallique disposée selon un cylindre et avantageusement tissés cylindriquement.
Le fil constituant le couloir peut être en toute matière appropriée à la matière extrudée.
Il peut être par exemple en polyamide, en polytétrafluoréthylène (Marque Téflon) ou même en métal. L'expérience a montré que dans le cas d'un fil métallique, par exemple en cuivre, l'abondante lubrification due au liquide dans lequel baigne le couloir très perméable, empêche le collage de la matière extrudée sur le couloir et que la chaleur est mieux dissipée.