Appareil d'extrusion à plateau tournant destiné au travail des hauts polymères
La présente invention a pour objet un appareil d'extrusion à plateau tournant destiné au travail des hauts polymères et composé d'un stator et d'un rotor.
Dans le brevet français No 1461398, déposé le 19 mai 1965, est décrit un tel appareil dans lequel le stator comporte une cavité circulaire excentrée par rapport à l'axe central du rotor, dont la périphérie délimite pratiquement la zone de gélification et de cisaillement de la matière à extruder et communique avec une trémie d'alimentation, et dont la partie centrale débouche dans la filière d'extrusion, le rotor et le stator comportant chacun au moins un ensemble d'ailettes déflectrices en forme d'arc de cercle ou de spirale disposées à l'intérieur d'espaces annulaires contigus et coaxiaux dans la cavité circulaire.
La titulaire a maintenant trouvé que l'on pouvait apporter une modification, particulièrement favorable, à l'appareil, objet de l'invention, permettant la préparation de corps extrudés et particulièrement de fibres extrudées, notamment à partir de polymères ou de copolymères à base de chlorure de vinyle fondus.
L'appareil selon la présente invention est caractérisé en ce que le stator comporte une cavité circulaire excentrée par rapport à l'axe central du rotor, dont la périphérie délimite pratiquement la zone de gélification et de cisaillement de la matière à extruder et communique avec une trémie d'alimentation, et dont la partie centrale débouche dans la filière d'extrusion, le rotor et le stator comportant chacun un ensemble d'ailettes déflectrices en forme d'arc de cercle ou de spirale disposées à l'intérieur d'espaces annulaires contigus et coaxiaux dans la cavité circulaire, en ce que des chanfreins sont pratiqués à la périphérie de la surface du rotor en regard du stator ainsi que sur le bord du stator limitant la cavité circulaire,
les deux parties chanfreinées s'emboîtant l'une dans l'autre avec le minimum de jeu nécessaire pour permettre une libre rotation du rotor lorsque
L'appareil est vide, et en ce qu'une filière d'extrusion percée de perforations ayant une découpe propre à conférer à la masse extrudée la forme désirée, communique avec la cavité circulaire à travers le stator par un évidement tronconique.
Par suite de la modification définie ci-dessus. la cavité circulaire ou entrefer de l'appareil a la forme d'un cylindre portant sur sa bqse constituée par la surface du rotor, un évidement supplémentaire limité par le chanfrein du rotor, le bord interne du stator et le plan de la surface du rotor.
La forme de cet évidement dont la paroi externe est une surface cylindrique est telle que, si l'on considère un demi-plan passant par l'axe de l'entrefer, limité à cet axe et tournant autour de celui-ci, les sections dessinées par l'évidement sur ce plan seront des triangles rectangles dont l'hypoténuse variera de O à la largeur du chanfrein du rotor ou inversement suivant le sens de rotation du demi-plan, les dimensions maximale et minimale de l'hypoténuse se trouvant de part et d'autre d'une paroi de l'ouverture par laquelle la trémie débouche dans l'entrefer.
La matière à extruder arrivant dans la cavité circulaire est entraînée du fait de la rotation du rotor ainsi que de la présence et de la disposition des ailettes dans un mouvement spiralé de la périphérie vers la partie centrale de l'entrefer. Ce mouvement est accéléré du fait de l'évidement ménagé sur la face latérale du rotor, celui tournant dans un sens tel que la section disponible dans l'entrefer pour la matière à extruder diminue dans le sens de son déplacement, de l'ouverture de la trémie jusqu'à sa sortie vers la filière, ce qui accroît progressivement la pression exercée sur la matière à travailler et accélère également son mouvement. La matière plastique qui s'est gélifiée pendant son passage dans l'entrefer sort à travers un évidement tronconique pratiqué dans le stator et dont l'axe se confond avec celui du rotor, vers la filière.
La disposition particulière des ailettes fixes sur le stator et des ailettes tournantes sur le rotor dirige la matière traitée vers la filière tout en provoquant une action de cisaillement de cette matière, ce qui contribue à augmenter sensiblement les forces de frottement et à porter ainsi, avec éventuellement l'aide du chauffage du rotor et du stator, la résine traitée à une température telle que sa viscosité décroît suffisamment pour lui permettre de s'écouler à travers la filière, le temps de séjour à température relativement élevée étant cependant assez court pour éviter la décomposition de la matière extrudée.
Les fibres issues de la filière, lorsque celle-ci est percée de nombreux trous de petit diamètre, sont enroulées sur des bobines à l'aide d'un dispositif classique de renvidage. Une zone de conditionnement thermique obtenue à l'aide d'un four cylindrique ou de sources de rayonnement infrarouge, par exemple, peut être disposée à la sortie de la filière pour permettre l'étirage des fibres extrudées en continu. D'autres traitements intermédiaires tels que l'ensimage peuvent également être effectués sur les fibres avant leur renvidage.
Le dessin annexé illustre, par des schémas simplifiés, une forme d'exécution de la présente invention.
La fig. 1 représente, en élévation latérale, en coupe axiale, L'ensemble de l'appareil modifié d'extrusion, objet de l'invention, et
la fig. 2 montre une coupe normale au plan de la fig. 1 selon la ligne A-A de cette figure.
On voit, sur la fig. 1, le bâti de l'appareil à l'intérieur duquel se trouvent face à face le stator 2 et le rotor 3.
Le dispositif de chauffage de ces deux parties de l'appareil qui est de préférence un circuit de liquide thermostaté n'est pas figuré sur le schéma. Le rotor 3 qui porte un chanfrein 3a sur le périphérie de sa surface en regard du stator peut être mis en rotation autour de son axe 4 par un moteur (non représenté) accouplé à son arbre 5. L'entrefer entre le rotor et le stator est constitué d'une cavité 6 ménagée dans le stator et limitée latéralement par le bord 7 du stator qui porte un chanfrein 7a tel que la partie chanfreinée du rotor vienne s'emboîter dans le chanfrein du stator de façon à laisser le minimum de jeu nécessaire pour la rotation du rotor.
Par suite de la position de la cavité du stator excentrée par rapport au rotor et en particulier par suite de la forme de l'évidement limité par le chanfrein du rotor et le bord 7 du stator, la demi-section de la cavité limitée par son axe, la surface plane et le chanfrein du rotor d'une part, et d'autre part, par le bord et la surface plane du stator diminue dans le sens de rotation qui est celui du rotor, d'un maximum qui se trouve d'un côté d'ulule paroi du trou d'écoulement de la trémie 8 au côté opposé de cette paroi. Cette trémie disposée dans la partie haute du stator s'ouvre d'une part dans la cavité de l'entrefer, et d'autre part sur le chanfrein du rotor par une louver ture 9. Le bord du stator est prolongé sur une partie de l'ouverture de la trémie et constitue une paroi déflectrice 10 évitant le retour de la matière gélifiée vers la trémie.
Dans l'entrefer, se trouvent, d'un côté, les ailettes fixes 1 1 solidaires du stator, et de l'autre, les ailettes 12 solidaires du rotor. L'évacuation de la matière à extruder a lieu vers la filière 13 par un trou en forme de tronc de cône ménagé à travers le stator et qui est coaxial du rotor.
La filière est facilement interchangeable et a des perforations de formes, dimensions et nombre en rapport avec la nature de la masse à extruder et la forme du produit désiré.
Certaines modifications pourraient être apportées à l'appareil décrit ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la cavité décrite a une section circulaire, plus facile à obtenir par usinage, mais cette cavité pourrait avoir une section spiralée. De même, les ailettes sont représentées avec la forme d'un arc de cercle, mais peuvent avoir une forme spiralée. Les surfaces peuvent également porter des stries ou des rainures favorisant l'entraînement de la masse gélifiée. Ci-dessous, nous décrivons la mise en ceuvre de l'appareil pour la préparation de fibres de polychlorure de vinyle, mais d'autres produits extrudés pourraient également être obtenus à l'aide de cet appareil.
Pour effectuer la préparation de fibres à l'aide de l'appareil décrit ci-dessus, on met en mouvement le rotor tout en le chauffant ainsi que le stator. Lorsque la température de ramollissement de la matière à traiter est atteinte dans le liquide thermostaté, on introduit cette matière par la trémie. Cette matière entre librement dans l'entrefer et est alors soumise à plusieurs forces qui ont tendance à l'entraîner vers l'issue constituée par la filière, en l'écartant de l'ouverture de la trémie: le mouvement de rotation conféré à la matière par le rotor est transformé en un mouvement spiralé par la forme particulière des ailettes du stator et du rotor et la position respective de ces deux parties de l'appareil, de façon telle qu'une certaine pression s'exerce sur la masse et lui permet de vaincre la perte de charge due à la filière.
En l'absence des chanfreins du stator et du rotor,
I'entraînement de la matière introduite dans la trémie n'est pas assez régulier lorsque les pertes de charge créées par la filière sont élevées, le produit issu de celleci n'est plus homogène et le trou d'écoulement de la trémie se colmate rapidement. Il en résulte un produit qu'il est impossible notamment d'étirer en fibres continues. L'exemple ci-dessous est donné à titre illustratif et ne doit pas être considéré comme une limitation de l'esprit et du domaine de l'invention.
Exemple
Dans l'appareil ci-dessus décrit, le rotor a un diamètre de 180mm et porte un chanfrein de 15 mm de largeur. Le rotor est distant de 5 mm du stator.
La filière a un diamètre de 60 mm et est percée de 350 trous cylindriques de 1,5 mu de diamètre, fraisés du côté interne de la filière.
Des sources de rayons infrarouges sont disposées de part et d'autre de la filière afin de ralentir le refroidissement du produit extrudé et de permettre son étirage.
Le moteur entraînant le rotor est mis en marche pour faire tourner celui-ci à une vitesse de 100t/mn, ainsi que le dispositif alimentant en liquide thermostaté les circuits aménagés dans le rotor et le stator. Lorsque la température de ce liquide atteint 2000 C, on commence à introduire du chlorure de polyvinyle en fins granulés ayant un indice de viscosité Afnor (norme N-T 51 013) de 80 et contenant 1% d'un stabilisant de type classique. Cette introduction est poursuivie pendant toute la durée de l'opération à raison de 18 kg par heure. Quelques secondes après le début de l'alimentation en polymère, les premières fibres sortant de la filière sont amenées, à travers la zone de traitement thermique, sur une bobine de renvidage tournant à une vitesse telle que les fibres sont bobinées à raison de 50 m par minute.
On obtient ainsi une fibre d'aspect brillant, titrant 122 deniers, d'un diamètre moyen de 100 microns, dont le retrait à l'huile à 1200 C, comme dans les solvants chlorés à 600 C est faible, dont la ténacité est excellente et qui ne révèle aucune perte de poids lors d'un séjour prolongé dans une étuve à 500 C. Un examen microscopique permet de constater la constance presque parfaite du diamètre de ces fibres et leur remarquable transparence.