CH625259A5 - - Google Patents
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Description
L'invention a pour objet un procédé de préexpansion de particules de matière plastique contenant un agent de gonflement, ainsi qu'une installation pour la mise en œuvre de ce procédé.
On sait qu'un certain nombre de matières plastiques dans lesquelles on a introduit un agent de gonflement ou d'expansion, c'est-à-dire un agent susceptible d'être volatilisé ou décomposé en produits gazeux sous l'action de la chaleur, peuvent subir une expansion, lorsqu'elles sont chauffées, de façon à former des mousses.
C'est le cas notamment du polystyrène. La technique de transformation traditionnelle consiste à introduire dans un moule métallique une certaine quantité de produit non expansé et à faire pénétrer de la vapeur d'eau sous pression à une température suffisante pour apporter la chaleur nécessaire au déclenchement du processus d'expansion.
5 Ce procédé a plusieurs inconvénients:
1) c'est un système cyclique donc lent;
2) il nécessite une place et une installation importantes (chaudière, presse etc.);
3) il ne peut être mis en œuvre que par des spécialistes; io 4) les dimensions des pièces réalisées sont limitées;
5) les moules sont relativement coûteux.
Il est également connu de fabriquer des matières plastiques non polaires expansées, en humectant une matière plastique non polaire, sous forme de particules (billes ou perles) contenant un 15 agent de gonflement, avec un liquide polaire et en soumettant les particules ainsi humectées à un rayonnement électromagnétique hyperfréquence dans une cavité résonnante.
Ce procédé de fabrication de matières plastiques est avantageusement mis en œuvre dans des installations qui comprennent à la 20 sortie d'une extrudeuse, une filière en matière non absorbante et à faible coefficient de frottement, disposée à l'intérieur d'une cavité résonnante excitée par un rayonnement électromagnétique hyperfréquence: le liquide polaire est chauffé et vaporisé sous l'effet du rayonnement hyperfréquence, provoquant ainsi l'expansion des 25 particules.
Le procédé et l'installation décrits ci-dessus, connus dans l'art antérieur, permettent d'obtenir une expansion plus importante et surtout plus régulière que celles obtenues par les procédés classiques (chauffage à la vapeur d'eau sous pression, par exemple).
30 II est souvent souhaitable que les particules, billes ou perles servant à la fabrication de matières plastiques expansées soient partiellement expansées — ou préexpansées. Des tentatives de préexpansion ont été réalisées à l'aide de vapeur d'eau; ces tentatives présentent cependant l'inconvénient de donner lieu à des billes ou 35 perles préexpansées contenant de l'eau et requérant un séchage.
La présente invention a en conséquence pour but de pourvoir à un procédé et à une installation pour la préexpansion des particules en matières plastiques, qui permettent d'obtenir des billes ou perles préexpansées totalement exemptes d'eau — contrairement à la 40 préexpansion pratiquée à l'aide de vapeur d'eau —, séchées au cours même de l'opération de préexpansion, supprimant ainsi la nécessité d'un processus de séchage consécutif à l'opération de préexpansion.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on mélange en continu les particules sous forme de billes ou de 45 sphères, avec un liquide polaire, en ce que l'on introduit en continu ce mélange dans une cavité résonnante associée à une source d'énergie hyperfréquence, laquelle vaporise le liquide polaire sur les particules de matière plastique, provoquant leur expansion, de l'air chaud étant en outre introduit dans la cavité pour puiser la vapeur afin so d'empêcher une condensation sur les particules préexpansées, et provoquer le séchage instantané des particules, après quoi les particules préexpansées, séchées sont extraites de la cavité.
Avantageusement, le liquide polaire est constitué par de l'eau et est introduit dans la proportion de 10 à 40% en poids par rapport au 55 poids des particules à préexpanser.
La répartition de l'énergie hyperfréquence dans la cavité résonnante peut être améliorée en croisant deux polarisations d'ondes.
Suivant un mode de réalisation du procédé, la cavité résonnante est maintenue à une température constante, de préférence comprise 60 entre 70 et 100°C, pendant toute la durée de l'opération de préexpansion.
Une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention est caractérisée par une cavité résonnante, calorifugée, par une source d'énergie électromagnétique hyperfréquence, par un 65 circulateur à ferrites, par un guide d'ondes, par une vis d'Archimède pour l'introduction des particules de matière plastique à préexpanser, par une pompe doseuse de liquide polaire et par un dispositif d'extraction des particules préexpansées.
Suivant un mode de réalisation avantageux, l'installation est munie d'une soufflerie d'air chaud dont la température est comprise entre 50 et 100°C.
Suivant un autre mode de réalisation, le générateur d'hyperfré-quences fonctionne entre 900 et 10000 MHz et est d'une puissance comprise entre 1 et 200 kW.
Suivant un autre mode de réalisation de l'installation, la cavité résonnante est tronconique à section circulaire et est munie d'un agiteur et d'une grille.
Afin d'obtenir une répartition d'énergie meilleure encore dans la cavité résonnante, cette dernière peut comprendre deux guides d'ondes donnant un mode transverse-électrique TE01 et un mode transverse-magnétique TM01.
Dans une forme d'exécution avantageuse de l'installation, le dispositif d'extraction des particules préexpansées se situe à l'extrémité supérieure de la cavité. Ce dispositif d'extraction peut être constitué par un mécanisme de dépression ou par un extracteur mécanique couplé sur l'axe de l'agitateur.
Le procédé et l'installation selon l'invention réduisent tant la durée du traitement que son prix de revient et permettent la réalisation du traitement de préexpansion en continu. De plus, le procédé et l'installation permettent d'une part une réduction considérable du temps de stockage des particules expansées (opération dite de mûrissement) avant l'opération de moulage, et d'autre part permettent également l'obtention d'objets en matières plastiques expansées d'une finition parfaite.
L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à un exemple de mise en œuvre du procédé objet de la présente invention, à l'aide de l'installation représentée schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, dans le dessin annexé.
Selon le dessin, l'installation qui réalise l'opération de préexpansion et de séchage des particules en matière plastique, se compose:
— d'une cavité résonnante tronconique 9 circulaire, réalisée par exemple en alliage d'aluminium, excitée par une source d'énergie électromagnétique hyperfréquence 1, qui est constituée par un magnétron oscillateur à F=2450 MHz, par l'intermédiaire d'un guide d'ondes circulaire 3 dans le mode TM01;
— d'une soufflerie 4 d'air chaud (75° C) placée à la base de la cavité 9;
— d'une alimentation en matière plastique constituée par une vis d'Archimède 5 et par une trémie 12;
— d'une pompe doseuse d'eau 6;
— d'un agitateur mécanique 7, d'une grille 11 placée à la partie supérieure de la cavité, par où s'échappent l'air chaud ainsi que l'eau évaporée, et
— d'un extracteur 8 des particules expansées.
La cavité résonnante 9 est calorifugée moyennant une isolation 10.
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Le fonctionnement de l'installation représentée sera illustré dans ce qui va suivre, à l'aide d'un exemple de mise en œuvre du procédé.
60 kg/h de perles humides de polystyrène sont introduits par l'alimentation 5 dans la cavité résonnante 9 en même temps que 1 kg d'eau, qui est amené dans cette dernière à l'aide de la pompe doseuse 6. La cavité 9 est excitée par l'énergie hyperfréquence provenant de la source 1 de la manière suivante: le guide d'ondes circulaire 3 est excité par le magnétron oscillateur 1 et excite à son tour la cavité 9 dans laquelle s'effectue la vaporisation. L'agitateur mécanique 7 est mis en marche afin de réduire les agglomérats qui pourraient se former.
L'énergie d'hyperfréquence vaporise l'eau en suspension sur les perles qui s'expansent. La vapeur d'eau et l'air chaud (qui puise la vapeur d'eau et réduit, ou supprime même, les risques de condensation sur les perles préexpansées) s'échappent par la grille 11, tandis que les perles préexpansées sèches (à 0-0,5% d'humidité) sont extraites par l'extracteur 8. Cette extraction peut s'effectuer soit à l'aide d'un système à dépression, soit à l'aide d'un extracteur mécanique couplé sur l'axe de l'agitateur.
Pour expanser 1 kg de perles de polystyrène de densité finale de 20 g/1, il a fallu 120 Kc, soit 0,14 kW/h à 2450 MHz. On extrait ainsi 50 kg/h de perles sèches (0,2% environ d'eau).
Comme l'installation travaille en continu, il est nécessaire d'isoler le magnétron 1 des ondes réfléchies qui pourraient prendre naissance en cas de charge insuffisante, à l'aide d'un circulateur à ferrites 2; une telle disposition prolonge la vie du magnétron.
Il résulte de la description qui précède que quels que soient les modes de mise en œuvre, de réalisation et d'application adoptés, l'on obtient des procédés et installations de fabrication en continu de particules (billes ou perles) de matière plastique partiellement expansées, ou préexpansées, qui présentent par rapport aux procédés et aux appareillages visant au même but, antérieurement connus, des avantages importants, outre ceux qui ont été mentionnés dans ce qui précède, et notamment:
— l'avantage de permettre une continuité totale de la fabrication;
— l'avantage de permettre l'utilisation immédiate des perles préexpansées, ce qui entraîne une réduction du volume des installations en raison de la suppression du stockage, et, partant, une réduction du prix de revient industriel;
— l'avantage de créer la vapeur au sein même des particules, provoquant ainsi la répartition uniforme de la matière, et ceci à la pression atmosphérique, et l'élimination de tout risque d'agglomération;
— l'avantage de permettre l'obtention d'une matière parfaitement sèche du fait de l'évaporation de la vapeur d'eau résiduelle contenue dans les particules, par chauffage à travers les parois de polystyrène (qui est totalement transparent à F=2450 MHz);
— l'avantage de donner lieu à un produit final dont la qualité est sensiblement améliorée par rapport à celle des produits obtenus en mettant en œuvre les procédés et les appareillages antérieurement connus.
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Claims (12)
1. Procédé de préexpansion de particules de matière plastique contenant un agent de gonflement, caractérisé en ce que l'on mélange en continu les particules sous forme de billes ou de sphères, avec un liquide polaire, en ce que l'on introduit en continu ce mélange dans une cavité résonnante associée à une source d'énergie hyperfréquence, laquelle vaporise le liquide polaire sur les particules de matière plastique, provoquant leur expansion, de l'air chaud étant en outre introduit dans la cavité pour puiser la vapeur afin d'empêcher une condensation sur les particules préexpansées, et provoquer le séchage instantané des particules, après quoi les particules préexpansées, séchées sont extraites de la cavité.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide polaire est constitué par de l'eau et est introduit dans la proportion de 10 à 40% en poids par rapport au poids des particules à préexpanser.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on répartit de l'énergie hyperfréquence dans la cavité résonnante en croisant deux polarisations d'ondes.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité résonnante est maintenue à une température constante, de préférence comprise entre 70 et 100°C, pendant toute la durée de l'opération de préexpansion.
5. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par une cavité résonnante calorifugée (9), par une source d'énergie électromagnétique hyperfréquence (1), par un circulateur à ferrites (2), par un guide d'ondes (3), par une vis d'Archimède (5) pour l'introduction des particules de matière plastique à préexpanser, par une pompe doseuse (6) de liquide polaire et par un dispositif d'extraction (8) des particules préexpansées.
6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle est munie d'une soufflerie d'air chaud (4) dont la température est comprise entre 50 et 100°C.
7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le générateur d'hyperfréquences (1) fonctionne entre 900 et 10000 MHz et est d'une puissance comprise entre 1 et 200 kW.
8. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la cavité résonnante (9) est tronconique à section circulaire et est munie d'un agitateur (7) et d'une grille (11).
9. Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend deux guides d'ondes donnant un mode transverse-électrique TE0i et un mode transverse-magnétique TM01.
10. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif d'extraction (8) des particules préexpansées se situe à l'extrémité supérieure de la cavité (9).
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif d'extraction des particules préexpansées est constitué par un mécanisme à dépression.
12. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif d'extraction des particules préexpansées est un extracteur mécanique couplé sur l'axe de l'agitateur.
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