CH357185A - Procédé pour la fabrication d'articles de forme allongée en matière thermoplastique et appareil pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Description

  
 



  Procédé pour la fabrication d'articles de forme allongée en matière thermoplastique
 et appareil pour sa mise en oeuvre
 Le présent brevet a pour objets un procédé pour la fabrication d'articles de forme allongée, notamment de tiges en matière   thermopiastique,    notamment du nylon et des résines   polyformaldéhydeLs,    et un appareil pour sa mise en   oeuvre.   



   Jusqu'ici, la production d'objets pleins (exempts de vides), de forme allongée, par extrusion de matières thermoplastiques comprenait différentes techniques telles que l'utilisation (1) de lubrifiants sous pression afin de séparer l'article solidifié de la paroi de façonnage, (2) de tampons ou organes de fermeture mobiles, afin de sceller les moules allongés tout en permettant une modification du volume cor  respondant    avec le refroidissement des masses de résine fondue, (3) de freins de friction (agissant par frottement) appliqués à la tige extrudée, afin de régler le degré de retrait continu à partir d'un tube de mise en forme, et (4) d'organes de réglage sensibles à la pression, afin de modifier la vitesse d'une vis d'extrusion, laquelle alimente de façon continue un moule allongé dont l'extrémité est ouverte,

   afin d'assurer l'uniformité qui garantit la constance de la chute de pression au travers d'un tel moule.



   Bien que ces différentes techniques aient donné des résultats avantageux, spécialement dans la   pfO-    duction de tiges par extrusion de matières thermoplastiques dont la viscosité à l'état fondu est faible, il subsistait différents problèmes mécaniques qui n'avaient pas trouvé de solution. La grandeur de la poussée en avant, dans les conditions optima décrites dans le texte qui suit, est tellement élevée qu'il est difficile de maintenir une pression constante au moyen d'un simple frein à friction. Ceci est particulièrement vrai lors de l'extrusion de tiges de grand diamètre (par exemple des tiges dont le diamètre est d'environ 5 cm ou plus), l'effet du diamètre de la tige variant dans une certaine mesure d'une résine à l'autre.

   Ceci est vrai parce que la force totale nécessaire pour retenir ou pour freiner une tige soumise à l'extrusion augmente avec le carré du diamètre de la tige et, pour de grands diamètres, l'ampleur de la force qui doit être dissipée par l'action de freinage est plus grande que celle qui peut être absorbée par n'importe quel frein à friction disponible. Une difficulté encore plus sérieuse se présente lorsqu'on essaie les méthodes connues jusqu'ici pour extruder des objets de forme allongée à partir de résines présentant un grand pourcentage de cristallinité (après solidification) et une vitesse de cristallisation plus grande que celle du nylon, par exemple.



  De telles résines, qui présentent une vitesse de cristallisation relativement grande, tendent à former des tiges qui présentent une zone centrale allongée défectueuse, comme expliqué ci-après plus en détail.



  Cette zone défectueuse est particulièrement indésirable du fait que des objets formés à partir de la tige par découpage, étampage, etc., présentent le même défaut au moins à un certain degré.



   Le présent brevet a pour but d'éliminer ces désavantages. Le procédé qui en fait l'objet est caractérisé en ce qu'on alimente en matière thermoplastique fondue un moule allongé contenant un piston propre à se déplacer longitudinalement et à fermer le moule en une position opposée à l'extrémité d'alimentation, ledit déplacement longitudinal étant réglé par un arbre fileté qui coopère avec un alésage taraudé d'une roue en position longitudinale fixe par rapport au moule, le déplacement dudit piston étant réglé de manière que l'article de forme allongée soit exempt de toute partie centrale qui ne puisse pas être éliminée par un bourrage final et qui présente des propriétés différentes de celles du reste de l'objet  formé,

   qu'on procède à un refroidissement par des moyens extérieurs à la paroi de façonnage dudit moule et qu'on injecte une huile lubrifiante à travers un orifice dans la paroi dudit moule, afin de séparer de ladite paroi la surface extérieure solidifiée de la matière thermoplastique.



   L'appareil pour la mise en   oeuvre    de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend un moule allongé présentant une extrémité d'admission pour   1'alimen-    tation en matière thermoplastique, un piston apte à se déplacer longitudinalement dans ce moule, une enveloppe de refroidissement extérieur à la surface de   faconnement    dudit moule, un arbre fileté destiné à régler le déplacement dudit piston le long dudit moule, ledit arbre fileté coopérant avec un alésage taraudé d'une roue montée, de façon à pouvoir tourner, dans une position longitudinale fixe par rapport audit moule, un orifice pour introduire un lubrifiant dans ledit moule et des moyens pour faire varier la vitesse de rotation de ladite roue et régler ainsi la position dudit piston.



   Lorsque la matière thermoplastique est du nylon, il y a un avantage marqué à prévoir un dispositif de serrage au moyen duquel la forme solidifiée peut être tirée loin du dispositif d'extrusion et qui en même temps sert à appliquer une action de freinage.



  La fonction du dispositif de serrage consiste à prévenir la traction de frottement ou adhérence substantielle qui existe entre le nylon et la paroi du moule dans la zone adjacente au dispositif d'extrusion, c'est-à-dire avant la contraction du manteau solidifié et avant que l'action du lubrifiant entre en jeu pour diminuer cette adhérence.



   En outre, lorsque la matière thermoplastique est du nylon ou une autre résine à point de fusion élevé, il est avantageux de séparer le dispositif de mise en forme du dispositif d'extrusion au moyen d'un dispositif de communication ou joint, constitué par un isolant thermique non métallique, de préférence en polytétrafluoréthylène renforcé de fibres de verre.



  Ceci n'est généralement pas nécessaire avec des résines qui fondent à des températures inférieures à environ 2000C. Le manchon de refroidissement du moule est à une température de O à 500C, de préférence de O à 200C dans chaque cas.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé objet du brevet.



   La fig. 1 en est une vue en coupe transversale.



   La fig. 2 montre le profil d'une masse de matière thermoplastique lorsqu'elle passe dans l'appareil représenté à la fig. 1.



   L'appareil représenté comprend un raccord 1 muni de brides 2 et 3 qui fournit des moyens pour assurer l'alimentation à partir d'un dispositif d'extrusion (non représenté), de la boîte de mise en forme 4. La température et la pression de fusion de la résine fondue peuvent être mesurées au raccord, si on le désire.



   Un piston mobile 5, bien ajusté, est maintenu contre la résine extrudée au moyen d'un arbre fileté 6, mû mécaniquement. Des boulons supportent une bague 8, destinée à serrer la résine solidifiée lorsqu'elle se refroidit et qui l'oblige de ce fait à se mouvoir avec le piston 5. Cette bague est très importante pour la production de tiges de nylon, mais elle n'est pas toujours nécessaire pour la mise en forme de différentes autres résines. Le corps de la boîte de mise en forme 4 est encastré dans un manchon 9 refroidi à l'eau. Un trou à huile 10 est prévu, qui permet d'introduire de l'huile sous basse pression entre la paroi interne de la boîte de mise en forme et la surface solidifiée de la résine.   À    l'extrémité de la boîte de mise en forme opposée au dispositif d'extrusion est montée une plaque fixe 11, à travers laquelle passe l'arbre fileté 6.

   Un écrou taraudé 12 est monté sur l'arbre fileté 6 et est maintenu contre la plaque 11 au moyen d'une bride 13. La rotation de l'écrou taraudé 12 oblige l'arbre fileté 6 et le piston 5 qui est rattaché à ce dernier, à se déplacer latéralement dans la boîte de mise en forme 4. Une roue à chaîne 14 fixée à l'écrou taraudé 12 est mue par un moteur (non représenté) pour obtenir le   mou    vement désiré du piston 5 dans la boîte de mise en forme 4.



   Le fonctionnement du dispositif est illustré en outre par la fig. 2, laquelle montre le profil d'une masse fondue de résine polyoxyméthylène lorsqu'elle passe à travers le moule. La résine fondue, dans la partie 15 correspondant à l'entrée du moule, demeure fluide, à l'exception d'un manteau extérieur solidifié.



  A mesure que la cristallisation progresse, la zone suivante (dans le sens du déplacement vers l'avant dans le moule), présente une partie fondue en forme de cône qui, à proximité de son sommet 16, se continue en une aiguille 17 de matière semi-cristalline qui n'apparaît pas comme homogène, du point de vue physique, avec la partie solidifiée. A mesure que la tige se contracte par suite du refroidissement, elle s'éloigne légèrement de la paroi et sa vitesse de déplacement vers l'avant est réglée par le piston 5.



  La vitesse de déplacement du piston est telle que le sommet 16 s'arrête à une position fixe et forme un angle non inférieur à   100    et de préférence de 10 à 300. Cet angle est déterminé par la vitesse de déplacement du piston et lorsque l'angle est plus petit que   10     environ, l'aiguille produit un défaut permanent, c'est-à-dire un    c-ur     central présentant des propriétés différentes de celles du reste de la tige.



  En revanche, lorsque l'angle du sommet est plus grand que 100, la défectuosité centrale peut être complètement éliminée du produit final. Ce résultat est obtenu du fait que du polymère fondu peut être bourré dans le vide créé par la contraction qui se produit pendant la solidification de la résine. Le bourrage final est réalisé à la fin de chaque cycle, c'est-à-dire lorsque le piston est à l'extrémité antérieure du moule, en arrêtant le mouvement du piston et en continuant de faire marcher le dispositif d'ex  trusion afin de maintenir la pression à l'entrée du moule. Ceci exige que   l'on    ralentisse le dispositif d'extrusion à la fin de chaque cyde, puisque l'alimentation en matière thermoplastique cesse virtuellement à ce stade.

   Le phénomène principal qui se produit dans cette phase du procédé est le retrait de l'aiguille et du cône de telle façon que l'objet entier est exempt de tout défaut dans sa partie centrale.



     I1    est bien entendu que différentes modifications du mécanisme décrit ci-dessus peuvent être   effec-    tuées. Par exemple, on peut utiliser une série de tubes de mise en forme ou moules, de sorte que, lorsqu'un tube est en train d'être rempli, l'autre est en train d'être vidé par le déplacement vers l'arrière du piston.



     I1    est bien entendu également qu'une large gamme de matières thermoplastiques peuvent être utilisées telles que les polyoléfines, spécialement le polyéthylène linéaire, les polyesters, spécialement le polycarbonate de bis-phénylolpropane, les polyimides linéaires, les polyamides linéaires, les polymères de   chlorofluoralcènes,    les copolymères de tétrafluoréthylène et   d'bexafluoropropène,    les polymères d'esters acryliques et alcoylacryliques, le polyacrylonitrile, les esters et éthers de cellulose, les polymères et copolymères d'esters vinyliques et autres composés semblables.



   Les tiges fabriquées par le procédé décrit présentent des surfaces qui sont généralement plus lisses que les surfaces des tiges fabriquées par les procédés connus jusqu'ici.



   L'un des avantages de ce procédé réside dans le fait qu'il permet de recuire la tige dans le moulue.



  Le recuit est en général nécessaire pour des tiges de grand diamètre, à cause des fortes tensions internes qui accompagnent la solidification et la contraction.



  Le recuit est de préférence exécuté par chauffage pendant environ 1 heure et demie ou davantage, à une température d'environ 20 à 700C en dessous du point de fusion de la matière thermoplastique, généralement à la pression atmosphérique.



   Le procédé décrit est particulièrement utile en vue de la fabrication de divers articles tels que des roues à denture, parties de machines, etc., qui peuvent être fabriqués à partir d'une tige de grand diamètre.



   REVENDICATIONS
 I. Procédé pour la fabrication d'articles   dv    forme allongée en matière thermoplastique, caractérisé en ce qu'on alimente en matière thermoplastique fondue un moule allongé contenant un piston propre à se déplacer longitudinalement et à fermer le moule en une position opposée à l'extrémité d'alimentation, ledit déplacement longitudinal étant réglé par un arbre fileté qui coopère avec un alésage taraudé d'une roue, laquelle se trouve en position longitudinale fixe par rapport au moule, le déplacement dudit piston étant réglé de manière que l'article de forme allongée soit exempt de toute partie centrale qui ne puisse pas être éliminée par un bourrage final et qui présente des propriétés différentes de celles du reste de l'objet formé, qu'on procède à un.

   refroidissement par des moyens extérieurs à la paroi de façonnage dudit moule et qu'on injecte une huile lubrifilante à travers un orifice dans la paroi dudit moule, afin de séparer de ladite paroi la surface extérieure solidifiée de la matière thermoplastique.
  

Claims (1)

1. II. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il oomprend un moule allongé présentant une extrémité d'admission pour l'alimentation en matière thermoplastique, un piston apte à se déplacer longitudinalement dans ce moule, une enveloppe de refroidissement extérieur à la surface de façonnement dudit moule, un arbre fileté destiné à régler le déplacement dudit piston le long dudit moule, ledit arbre fileté coopérant avec un alésage taraudé d'une roue montee, de façon à pouvoir tourner, dans une posi- tion longitudinale fixe par rapport audit moule, un orifice pour introduire un lubrifiant dans ledit moule et des moyens pour faire varier la vitesse de rotation de ladite roue et régler ainsi la position dudit piston.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit moule présente une dimension intérieure transversale d'au moins 5 cm.

   2. Procédé selon la revendication I et la sousrevendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est du nylon et que les moyens pour alimenter le moule en cette matière fondue sont constitués par un dispositif d'extrusion communiquant avec ledit moule par l'intermédiaire d'un isolant non métallique.

   3. Procédé selon la revendication I et les sousrevendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit isolant est fait d'une résine de polytétrafluoréthylène renforcée de fibres de verre.

   4. Procédé selon la revendication I et les sousrevendications 1 et 2, caractérisé en oe que le piston est construit de manière à serrer la matière thermoplastique solidifiée et exerce une traction vers I' ex- térieur sur ladite matière pour l'éloigner dudit dispositif d'extrusion et néanmoins exerce une pression de freinage sur ladite matière thermoplastique à mesure que le piston se retire vers l'extrémité du moule opposée au dispositif d'extrusion.

   5. Procédé selon la revendication I et la sousrevendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est du polyformaldéhyde et la vitesse de déplacement dudit piston est réglée de manière à obtenir un angle d'incidence entre la ligne de démarcation solide/liquide et l'axe de l'objet de forme allongée compris entre 10 et 300.