Procédé de formation d'un article composé en matière thermoplastique, et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention comprend un procédé de formation d'un article composé en matière thermoplastique, et un appareil pour la mise en ceuvre de ce procédé. Le polyéthylène est un exemple d'une matière de ce genre qui, dans des conditions convenables de température et de pression, peut être transformée par extrusion en films tubulaires ou plats, de préférence sans utiliser un excès de solvant ou de plastifiant, et sans opération de séchage ou autre traitement nécessaire lorsqu'on utilise un excès de solvant pour rendre la matière plastique.
On peut obtenir ainsi des feuilles en matière plastique qui sont très recherchées pour l'emballage ou pour d'autres utilisations. Cependant, on a rencontré des difficultés considérables pour exécuter leur extrusion sans qu'il se produise accidentellement des trous d'épingle ou d'autres imperfections.
Plus les feuilles à fabriquer sont minces, plus le risque d'obtenir des trous d'épingle et la difficulté de les détecter augmentent. Les trous d'épingle résultent généralement d'un amas ou d'une partie moins mobile de la matière plastique qui ralentit pendant son passage à travers la filière d'extrusion et ne s'étend pas ensuite avec la même facilité que la masse plastique principale. Ces trous peuvent se former en lignes pendant un certain temps ou changer de place rapidement. Ils sont donc distribués tout à fait au hasard.
Par rapport à la surface totale de la feuille, les trous d'épingle sont très petits et la fréquence de leur apparition est également faible. Cependant, lorsque leur absence totale est nécessaire, il faut éviter qu'ils ne se produisent même très rarement.
La présente invention a pour but de fournir un procédé et un appareil permettant de produire un article composé de plusieurs couches, ce qui diminue considérablement la probabilité de la présence de trous d'épingle.
L'article peut être obtenu sans joint, par une opération continue d'extrusion avec un seul chauffage. Cet article peut être un tube composé, formé de tubes sensiblement concentriques.
Le procédé objet de la présente invention, pour la formation d'un article composé en matière thermoplastique, est caractérisé en ce que l'on extrude d'une manière continue la matière chauffée et à l'état plastique par une série de filières annulaires de façon à former l'un dans l'autre plusieurs tubes plastiques chauds, séparés et indépendants, on presse et l'on colle les unes avec les autres des parties adjacentes successives des tubes plastiques de façon à former un article composite unique, puis on refroidit et l'on fait prendre cet article composé.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend une boudineuse, une filière comportant une série d'orifices annulaires disposés d'une manière concentrique à travers lesquels la matière plastique est extrudée sous la forme de tubes en matière plastique chauffée séparés, indépendants et concentriques, et des moyens pour dilater et presser les tubes plastiques chauds pour les mettre en contact de façon à les coller l'un à l'autre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil que comprend l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, d'un organe représenté à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de face, à plus grande échelle, d'un autre organe représenté à la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fig. 3.
Les fig. 5 à 7 sont des vues partielles, à plus grande échelle, d'un organe représenté à la fig. 2, la fig. 6 étant une coupe par la ligne 6-6 de la fig. 5.
L'appareil représenté sur les fig. 1 et 2 comprend une filière tubulaire D permettant l'extrusion continue de deux tubes à paroi mince T1 et T2, une boudineuse E comprenant de préférence des organes destinés au chauffage, à l'homogénéisation et à la compression pour forcer une matière plastique telle que le polyéthylène à traverser la filière D dans les conditions de température, de pression et d'homogénéité appropriées à l'extrusion de la matière et à sa transformation par la filière en tubes T1 et T2.
Comme on le voit plus particulièrement sur la fig. 2, la filière D se compose d'un support de filière 1 extérieur, de forme générale annulaire, auquel un réchauffeur de filière 2 extérieur concentrique est fixé par des boulons 3, dont un seul est visible à la fig. 2, disposés sur un cercle.
Le réchauffeur 2 est en contact étroit avec les surfaces extérieures radiale 4 et périphérique 5 du support de filière 1 et avec la surface périphérique d'un bossage d'entrée annulaire 6 du support 1, à travers lequel de la matière plastique est amenée d'un orifice de décharge 7 de la boudineuse E à l'entrée 8 de la filière. Le contact intime des surfaces du sup port de filière 1 et du réchauffeur 2 assure une excellente transmission de la chaleur entre ces deux pièces. Une bande chauffante électrique 9 fixée par des étriers 10 à la périphérie extérieure du réchauffeur 2, et des anneaux chauffants 11 et 12 fixés par des brides 13 à la face extérieure du réchauffeur 2, fournissent la chaleur nécessaire pour maintenir la matière plastique qui traverse la filière à la température de plasticité voulue.
Une lèvre de filière 14 annulaire extérieure est fixée dans une postion réglable au support de filière 1 par une bague de retenue 15, elle-même fixée au support 1 par des vis dont l'une est représentée en 16. Le réglage radial de la position de la lèvre de filière 14 peut être effectué par des vis 17. Une seule de ces vis 17 est représentée, mais il est bien entendu qu'une série de ces vis sont disposées à intervalles à la périphérie du support circulaire 1, et leurs extrémités intérieures s'appuient sur la lèvre de filière 14 et permettent de la centrer dans toute position désirée de réglage radial avant de serrer les vis de fixation 16.
Une lèvre intermédiaire de filière 18 est montée entre la lèvre extérieure 14 et le support 1 sur des goujons creux 19 dont les extrémités extérieures sont fixées par des filetages au support de filière 1. Bien qu'un seul de ces goujons 19 soit représenté sur le dessin, il est bien entendu encore qu'il en existe plusieurs pour fixer la lèvre intermédiaire de filière 18 par rapport au support 1. Un anneau distributeur 20 maintient la lèvre de filière 18 écartée du support 1 de façon à ménager entre eux un passage 21 que la matière plastique peut traverser pour sortir en forme de tube T1.
Des détails de l'anneau de distribution 20 sont représentés sur les fig. 5, 6 et 7 et montrent que la matière plastique venant de l'entrée 8 de la filière et s'écoulant par le passage 21 (fig. 2) traverse des conduits radiaux 22 régulièrement espacés pour arriver dans une chambre annulaire 23 et, de là, des passages annulaires rétrécis 24 et la partie aval du passage 21 pour arriver à un orifice de sortie annulaire 25 de la filière.
Comme on le voit sur les fig. 5 à 7, les conduits radiaux 22 sont séparés les uns des autres par des saillies en forme de dents d'engrenage 26 formées sur les faces opposées de l'anneau 20 et s'appliquant étroitement sur le support de filière 1 et la lèvre de filière intermédiaire 18 de façon à maintenir des gorges annulaires 27 et des surfaces plates 28 formées sur les faces opposées de l'anneau 1 à distance des faces adjacentes du support 1 et de la pièce de filière 18, et à former ainsi la chambre annulaire 23 et les passages annulaires rétrécis 24.
De préférence, comme représenté, les dents 26 alternent d'une face de l'anneau 20 à la face opposée de telle sorte que chaque dent sur une face soit opposée à un conduit 22 sur l'autre face, comme le montre la fig. 6. On voit sur la fig. 2 que le passage 21 se rétrécit progressivement en aval de l'anneau de distribution 20, la partie la plus étroite étant située entre des surfaces planes 29 définissant l'orifice de sortie annulaire 25 de la filière.
Les goujons 19 centrent un support intérieur de filière 30 par rapport à la lèvre de filière intermédiaire 18 et au support de filière 1, ce support intérieur 30 étant maintenu à distance de la lèvre de filière 18 par un second anneau distributeur 20' de façon à former un second passage 31 à peu près identique au passage 21, d'où le tube plastique T2 sort par un orifice de sortie annulaire 32 de la filière.
Une pièce de filière 33 annulaire intérieure est supportée par des vis de réglage 34 dans une position réglable par rapport au support intérieur de filière 30 et elle est fixée après réglage au support intérieur de filière par des vis 35. Un réchauffeur intérieur de filière 36 est fixé en contact étroit avec les faces intérieures du support de filière 30 et de la pièce intérieure 33, par des vis 37. Le déchauffeur 36 comprend un anneau chauffant 38 et un thermostat 39 pour le réglage automatique de la température de la partie intérieure de la filière et par conséquent de la matière plastique traversant le passage 31 en contact avec cette partie intérieure. Des conducteurs électriques pour l'anneau chauffant 38 et le thermostat 39 sortent à travers un ou plusieurs des goujons creux 19 vers une source de courant électrique et des commandes appropriées pour celle-ci.
Comme on le voit sur la fig. 2, l'extrémité intérieure de la filière est pourvue d'un couvercle conique 3 6a dans lequel se loge l'extrémité intérieure du réchauffeur 36.
On peut introduire de l'air de soufflage à l'intérieur du tube T2, à travers un des goujons creux 19, par une conduite sous pression B commandée par un robinet B'. On voit sur la fig. 2 que la lèvre de filière 18, le support de filière 1 et le réchauffeur extérieur 2 sont percés de façon à établir un conduit et des raccords tubulaires, désignés d'une manière générale par 40, avec un robinet 40' pour commander l'arrivée d'un fluide sous pression entre les tubes T1 et T2 ou son évacuation.
Les faces extérieures des pièces 14, 18 et 33 sont coniques, comme le montre la fig. 2, et les orifices de sortie 25 et 32 sont parallèles entre eux et perpendiculaires à ces surfaces coniques. Cependant, les orifices de filière pourraient être disposés sur une surface plane au lieu d'une surface conique, ou à la périphérie d'une surface cylindrique.
On effectue un réglage précis des orifices de sortie 25 et 32 au moyen des vis de réglage 17 et 34 respectivement. Comme le montre la fig. 2, les surfaces qui limitent les orifices 25 et 32 sont disposées approximativement à 450 par rapport aux vis de réglage 17 et 34, de sorte que le déplacement des faces d'un orifice l'une par rapport à l'autre ne représente que les'/10 du déplacement longitudinal de la vis de réglage correspondante. Une telle disposition oblique des vis de réglage par rapport aux faces de l'orifice de filière est particulièrement désirable lorsqu'un réglage précis de l'orifice est nécessaire.
Comme cela sera décrit plus en détail ci-après, les tubes T 1 et T2 se réunissent pour former un tube composé T en un point voisin des orifices de sortie de filière, après quoi, comme le montre la fig. 1, ce tube unique traverse un anneau de refroidissement 41, dont la construction se voit mieux sur les fig. 3 et 4. L'anneau de refroidissement est constitué essentiellement par une chambre annulaire à laquelle de l'air réfrigérant provenant d'une source quelconque est amené par une entrée 43 et d'où cet air est projeté contre le tube T par un orifice annulaire 44 dont la dimension peut être réglée en un certain nombre de points répartis autour de la circonférence intérieure au moyen de paires de vis de réglages 45 et 46 dont la première agit par compression et l'autre par traction.
L'air de refroidissement qui sort par l'orifice 44 abaisse la température et par conséquent la plasticité du tube T qui le traverse. Le réglage de la largeur de l'orifice 44 détermine la quantité d'air réfrigérant projeté contre la partie du tube située à ce niveau et permet par conséquent de contrôler Expansion du tube le long de sa périphérie. Ainsi, par exemple, si le tube se gonfle irrégulièrement et qu'une bande mince se forme, l'élargissement de la partie de l'orifice de sortie 44 située en face de la bande mince assure son refroidissement et une prise plus rapide. Ainsi, l'expansion et l'amincissement de la partie intéressée sont réduits et l'on obtient une plus grande uniformité d'épaisseur. Inversement, on peut réduire l'orifice 44 aux points où la partie correspondante du tube ne s'étendrait pas suffisamment.
Le tube T traverse ensuite une série de trois boîtes à vent annulaires 47a, 47b, 47c qui dirigent de l'air réfrigérant sur le tube. Les diverses boîtes à vent 47a, 47b, 47c reçoivent de l'air sous une pression de quelques centimètres d'eau d'un collecteur commun 48 et d'un ventilateur 49. L'air ainsi fourni aux boîtes à vent peut être amené en contact avec le tube T par une série d'ouvertures, non représentées, qui peuvent être situées à intervalles réguliers dans la paroi périphérique intérieure de chaque boîte à vent et dont la dimension peut être réglée par des registres coulissants ainsi que décrit dans le brevet suisse No 283839.
Une série de rouleaux horizontaux R et de rouleaux verticaux R' tournant librement sont disposés de façon à supporter le tube et à régler sa dimension.
Les rouleaux R et R' sont placés transversalement au tube et tangentiellement à sa périphérie sur des barres de montage 52 régulièrement espacées sur une circonférence concentrique aux boîtes à vent 47a, 47b, 47c, de façon à limiter le diamètre auquel le tube est soufflé, comme on le voit sur la fig. 1.
Les rouleaux R et R' sont montés à rotation à leurs extrémités dans des supports de palier 51 individuels en forme de U qui sont fixés en leur milieu aux quatre barres de montage 52. Chacune des barres de montage 52 est fixée, dans une position réglable, en des points espacés, aux extrémités intérieures d'une paire de tiges de support 54 qui rayonnent à partir du tube T. Les tiges 54 peuvent coulisser dans des supports individuels 55 qui sont fixés aux boîtes à vent 47a et 47c. Ainsi supportées, les tiges 54 peuvent être déplacées radialement dans les deux sens pour agrandir ou réduire le passage déterminé par chacun des groupes de rouleaux R, R'. Chacune des tiges 54 est pourvue d'un dispositif de fixation réglable 56 pour bloquer la tige dans la position de réglage désirée.
On peut aussi utiliser des moyens pour régler la position longitudinale de chacune des barres de montage 52 par rapport à ses tiges de support 54 de telle sorte qu'on puisse décaler les rouleaux R par rapport aux rouleaux R' pour permettre à leurs extrémités de chevaucher lorsqu'on veut donner un petit diamètre au tube T.
Après avoir passé à travers les boîtes à vent 47a, 47b, 47c et le passage de délimitation sans frottement déterminé par les rouleaux R et R', le tube
T est partiellement aplati par une série de rouleaux métalliques 58 disposés transversalement au tube suivant deux lignes convergentes situées au-dessus et au-dessous du tube, d'une manière analogue à celle décrite et représentée dans le brevet suisse No 279393.
A partir des rouleaux 58, le tube T est tiré par une paire de rouleaux de tirage commandés P qui le font passer à travers un dispositif de formation de soufflet G, dont le rôle est de continuer à aplatir le tube et, en même temps, en coopération avec la pression intérieure de fluide admise et maintenue par la conduite B, de former des plis, goussets ou soufflets sur les côtés du tube aplati. Pour plus de détails sur le dispositif G, on peut se reporter au brevet suisse No 280950. A partir des rouleaux de tirage P, le tube entièrement aplati est enroulé en bobine sur un rouleau 74 porté par un arbre 75 entraîné par un mécanisme d'enroulement classique non représenté.
Pendant le fonctionnement de l'appareil décrit, les tubes plastiques T1 et T2 sont, lorsqu'ils sortent des orifices de filière concentriques 25 et 32 (fig. 2), dans un état plastique tel qu'ils se collent l'un à l'autre pour former le tube composé T. L'air de soufflage introduit par la conduite sous pression B presse fermement le tube intérieur T2, qu'il gonfle le premier, contre le tube extérieur T 1 de façon à les coller par contact, puis dilate le tube composé T ainsi forme.
Dans la pratique, on constate en fait que, dès qu'une quantité de fluide sous pression, tel que de l'air, suffisante pour dilater le tube T jusqu'à une dimension voulue, a été introduite par la conduite
B, on peut fermer la soupape B' et former d'une manière continue un tube uniforme avec l'air ainsi emprisonné entre le robinet B' et les rouleaux de tirage P. I1 suffit de manoeuvrer de loin en loin le robinet B', car la pression intérieure de l'air emprisonné ne varie pas d'une manière appréciable pendant de longues périodes. Cependant, il est bien entendu que l'on peut si l'on veut effectuer d'une manière appropriée un réglage continu de la pression d'air arrivant par la conduite B, par exemple de la manière décrite dans le brevet suisse No 279393.
Au début de l'opération décrite de formation du tube composé, il peut arriver que des bulles d'air soient captées dans le tube composé T jusqu'à ce que, l'opération se poursuivant, le volume et la pression de l'air situé entre les tubes T1 et T2 aient diminué. I1 est donc préférable au départ d'établir une dépression dans le conduit 40 par des moyens d'aspiration non représentés. On ferme ensuite le robinet 40' de façon à maintenir la dépression pour éviter la retenue de bulles dans les tubes T et augmenter en même temps la pression effective qui agit pour coller les tubes T1 et T2 et former ainsi le tube T.
On pourrait aussi envisager d'admettre par le conduit 40 une pression supérieure à la pression atmosphérique afin de maintenir séparés les tubes T1 et T2 sur une plus grande distance à partir des orifices de filière 25 et 32 et de leur permettre ainsi de se refroidir suffisamment avant d'entrer en contact, pour éviter le collage et produire ainsi des tubes composés séparables, en contact intime mais non collés.
On voit que les deux tubes T 1 et T2 subissent des extensions différemment distribuées et que, par conséquent, le tube composé T présente diverses orientations de tension superposées qui lui donnent une résistance plus grande qu'un tube formé par une filière d'extrusion simple.
On voit aussi que si des trous d'épingle peuvent accidentellement se produire dans l'un ou l'autre des tubes T1 ou T2 par suite de l'existence d'amas ou d'irrégularités dans la matière plastique extrudée, la probabilité pour que les trous d'épingles existant dans chacun des tubes se superposent dans le tube composé T est si faible qu'elle peut être considérée comme nulle en pratique.
Bien que l'appareil décrit ci-dessus concerne l'extrusion de deux tubes, on peut prévoir d'autres orifices sensiblement concentriques semblables aux orifices 25 et 32 pour former un tube composé T constitué par un plus grand nombre de tubes individuels.
On peut aussi envisager, au lieu de la formation d'un tube à partir des tubes T1 et T2, la formation continue d'une feuille plate à plusieurs couches collées, pendant que la matière plastique extrudée sort sous tension de la filière D, par exemple au moyen des rouleaux de tirage P. Lorsqu'on veut former une feuille, on maintient de préférence une dépression dans la conduite B et à l'intérieur du tube T2 aussi bien que dans la conduite 40 et entre les tubes T 1 et
T2, de sorte que la pression atmosphérique agit de façon à coller fortement les diverses couches plastiques extrudées pour former une feuille composée sans trous d'épingle. On comprendra que la feuille composée peut aussi être formée à partir d'un tube simple au lieu de plusieurs tubes concentriques.