FR2465585A1 - ADDITIVE INJECTION INTO THE CYLINDER OF AN EXTRUDER - Google Patents
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Abstract
DANS CETTE EXTRUDEUSE, POUR RENDRE TRES HOMOGENE LE MELANGE DE LA MATIERE DE BASE ET DE L'ADDITIF INJECTE, L'ADDITIF EST INJECTE PAR UNE POMPE QUI DEBITE DANS UNE COURONNE D'INJECTEURS 11 ALIMENTES INDIVIDUELLEMENT ET SUCCESSIVEMENT, A UNE FREQUENCE ELEVEE ET PAR DOSES INDIVIDUELLES TRES PETITES. CES INJECTEURS DEBITENT AU MILIEU DE L'EPAISSEUR DE LA VEINE DE MATIERE PLASTIQUE DE BASE, DANS UNE CHAMBRE D'INJECTION 10 SITUEE ENTRE DEUX ZONES DE MALAXAGE 6 ET 8 DONT LA DERNIERE EST SITUEE JUSTE EN AMONT DE LAFILIERE9.IN THIS EXTRUDER, TO MAKE THE MIXTURE OF THE BASIC MATERIAL AND THE INJECTED ADDITIVE VERY HOMOGENEOUS, THE ADDITIVE IS INJECTED BY A PUMP THAT FLOWS INTO A CROWN OF INJECTORS 11 INDEPENDENTLY AND SUCCESSIVELY AT A HIGH FREQUENCY VERY SMALL INDIVIDUAL DOSES. THESE INJECTORS DELIVER IN THE MIDDLE OF THE THICKNESS OF THE BASIC PLASTIC MATERIAL VEIN, IN A 10 INJECTION CHAMBER SITUATED BETWEEN TWO MIXING AREAS 6 AND 8 OF WHICH THE LAST IS LOCATED JUST UPSTREAM OF LAFILIERE9.
Description
La présente invention est relative aux extrudeusesThe present invention relates to extruders
de matières plastiques.of plastics.
On connait déjà différents procédés pour injecter un additif dans le cylindre d'une extrudeuse pour matières plastiques. L'additif peut être substitué par un agent qui provoque le moussage, la coloration, la vulcanisation Various methods are already known for injecting an additive into the cylinder of an extruder for plastics. The additive may be substituted by an agent which causes foaming, coloring, vulcanization
ou toute autre modification désirée de la matière plasti- or any other desired modification of the plastic material
que de base.than basic.
Habituellement, l'injection se produit à proximité de l'extrémité d'alimentation de l'extrudeuse, dans la zone dite d'alimentation, dans la zone de compression ou dans Usually the injection takes place near the feed end of the extruder, in the so-called feed area, in the compression area or in
une zone de décompression spéciale. a special decompression zone.
Dans ce cas, l'injection est facile à exécuter, grâce à la faible pression, et la vis dispose du temps suffisant pour effectuer le travail de mélange. D'un autre côté, l'additif doit alors rester longtemps dans les filets In this case, the injection is easy to perform, thanks to the low pressure, and the screw has sufficient time to do the mixing work. On the other hand, the additive must then remain in the fillets for a long time.
de la vis et, pour cette raison, la température de la ma- of the screw and, for this reason, the temperature of the
tière plastique fondue doit être maintenue à un niveau bas melted plastic should be kept low
parce que la plupart des additifs commencent à réagir dé- because most additives start to react
favorablement d'autant plus tôt que la température de la favorably as soon as the temperature of the
matière plastique est plus élevée. plastic material is higher.
Si l'on veut maintenir la température de la matière plastique à un niveau aussi bas que possible, et notamment If you want to keep the temperature of the plastic as low as possible, and especially
dans le cas du polyéthylène, on doit donner une faible vi- in the case of polyethylene, a low viscosity must be given
tesse de rotation à la vis de l'extrudeuse. Cette faible vitesse de rotation se traduit à son tour par une faible rotation size with the extruder screw. This low rotation speed in turn results in a low
quantité de matière plastique extrudée par unité de temps. quantity of plastic material extruded per unit of time.
En reportant le point d'injection de l'additif plus By postponing the point of injection of the additive plus
près du point d'extrusion, on réduit le temps pendant le- near the extrusion point, the time is reduced during the
quel le mélange séjourne dans le cylindre avant l'extrusion et ceci permet de porter la matière plastique de base à une température plus élevée que l'on obtient, par exemple en accroissant la vitesse de la vis; en d'autres termes, on which the mixture remains in the cylinder before the extrusion and this makes it possible to bring the basic plastic material to a higher temperature which is obtained, for example by increasing the speed of the screw; in other words, we
obtient ainsi une amélioration du rendement de l'extrudeuse. thus obtaining an improvement in the yield of the extruder.
Les facteurs suivants affectent le fonctionnement de L'extrémité du cylindre de l'extrudeuse: The following factors affect the operation of the cylinder end of the extruder:
1 - la pression atteint son maximum dans l'extrémité - 1 - the pressure reaches its maximum in the end -
du cylindre de l'extrudeuse.of the extruder cylinder.
2 - la capacité de mélange d'une vis normale est mé- 2 - the mixing capacity of a normal screw is mixed
diocre, notamment si le travail de mélange ne débute qu'à l'extrémité de cette vis. 3 - les différences de température interne du mélange atteignent poor, especially if the mixing work only begins at the end of this screw. 3 - the internal temperature differences of the mixture reach
leur maximum dans l'extrémité du cylindre de l'extrudeuse. their maximum in the end of the extruder cylinder.
4 - le mélange Sie dispose que de peu de temps pour absor- 4 - the Sie mixture has only a short time to absorb
ber le choc provoqué par l'additif. ber the shock caused by the additive.
5 - le fonctionnement de l'injecteur est gêné et l'in- 5 - the operation of the injector is impaired and the
jecteur colmate si l'additif provoque une plastification nozzle clog if the additive causes plasticization
de la matière plastique de base.of the basic plastic.
6 - si l'on vise à obtenir une plus forte production, 6 - if we aim to obtain higher production,
c'est-à-dire à obtenir un mélange plus chaud, les particu- that is, to get a warmer mixture, the particles
les du mélange disposent de moins de temps pour quitter l'extrudeuse. Mixers have less time to leave the extruder.
On doit tenir compte de chacun de ces facteurs et, sur- Each of these factors must be taken into account and, above all
tout de leurs effets combinés. Le procédé suivant l'inven- all of their combined effects. The process according to the invention
tion qui sera décrit ci-après résout complètement les ef- tion which will be described below completely solves the ef-
fets combinés des inconvénients de ces facteurs, ce que les autres procédés ne parviennent pas à réaliser. Par ailleurs,il offre de nouvell s possibilités d'application combined disadvantages of these factors, which the other methods fail to achieve. In addition, it offers new application possibilities
dans l'industrie des matières plastiques. in the plastics industry.
L'invention se rapporte à une extrudeuse pour matIères plastiques comprenant un cylindre renfermant une vis, une première zone de mélange située à l'extrémité de la vis, The invention relates to an extruder for plastics comprising a cylinder containing a screw, a first mixing zone situated at the end of the screw,
- une zone d'injection comportant plusieurs injecteurs es- - an injection zone comprising several injectors is-
pacés sur la circonférence du cylindre servant à injec- on the circumference of the cylinder used for injecting
ter un additif liquide dans le courant de matière plas- ter a liquid additive in the stream of plas-
tique fondue, uné deuxième zone de mélange et une filière. melted tick, a second mixing zone and a die.
L'extrudeuse suivant l'invention est caractérisée en ce que les injecteurs sont agencés pour être actionnés par se deu i- ir r -r D r'an; tm.nirP ntn ;. K- The extruder according to the invention is characterized in that the injectors are arranged to be actuated by deu i- ir r -r D r'an; tm.nirP ntn;. K-
On peut aisément se procurer pour cette applica- One can easily obtain for this applica-
tion des pompes à haute pression capables de débiter en- tion of high pressure pumps capable of delivering
viron 1000 décharges à la minute à chaque injecteur., Par exemple, si la pompe tourne à une vitesse de 600 tours/ mn et est munie de six injecteurs et si l'on demande une approximately 1000 discharges per minute at each injector., For example, if the pump rotates at a speed of 600 revolutions / min and is equipped with six injectors and if a request is made
addition de 2 % d'additif pour un débit de matière plas- addition of 2% additive for a flow rate of plas-
tique de 500 litres/heure, le débit d'une seule décharge sera d'environ 0, 05 ml. Les chocs d'injection exercés sur tick 500 liters / hour, the flow of a single discharge will be about 0.05 ml. Injection shocks exerted on
le courant de matière plastique seront donc très atténués- the plastic flow will therefore be very attenuated-
et, grâce au fonctionnement individuel des injecteurs les variations de la concentration de l'additif produites dans la direction longitudinale de la matière plastique extrudée sont réduites à un minimum. Etant donné que les injecteurs ont tendance à se boucher, le fonctionnement individuel des injecteurs facilite la recherche de l'injecteur bouché et and, thanks to the individual operation of the injectors, the variations in the concentration of the additive produced in the longitudinal direction of the extruded plastic are reduced to a minimum. Since the injectors tend to get clogged, the individual operation of the injectors makes it easier to find the clogged injector and
ceci permet de mieux surveiller l'ensemble du travail. this allows better monitoring of the whole work.
Par ailleurs, la zone d'injection est de préfé- In addition, the injection area is preferably
rence formée par une chambre annulaire cylindrique, les injecteurs débouchant-approximativement au milieu de la chambre. Dans cette forme de réalisation, l'additif est injecté au centre du courant de matière plastique fondue et il est immédiatement bien mélangé au composé de base. Si rence formed by a cylindrical annular chamber, the injectors opening-approximately in the middle of the chamber. In this embodiment, the additive is injected into the center of the stream of molten plastic and immediately mixed well with the base compound. Yes
l'additif n'est injecté qu'à la surface du courant de ma- the additive is only injected at the surface of the ma-
tière plastique, il tend fréquemment à glisser directement le long de la surface interne du cylindre de l'extrudeuse en provoquant ainsi la formation de fortes concentrations plastic, it frequently tends to slide directly along the internal surface of the extruder cylinder, thus causing the formation of high concentrations
locales d'additif dans le produit fini. local additive in the finished product.
L'effet négatif de ces fortes concentrations locales d'additif est particulièrement préjudiciable lorsqu'on fabrique des produits vulcanisés en injectant un peroxyde en qualité d'additif. Dans le processus de The negative effect of these high local concentrations of additive is particularly detrimental when vulcanized products are manufactured by injecting a peroxide as an additive. In the process of
vulcanisation, le peroxyde forme des ponts entre les chaî- vulcanization, the peroxide forms bridges between the chains
nes du polymère. S'il existe localement une trop grande quantité de peroxyde, cette substance réagit sur elle-même nes of the polymer. If there is too much peroxide locally, this substance reacts on itself
au lieu de réagir sur la matière plastique de base, c'est- instead of reacting on the basic plastic,
à-dire qu'en ce qui concerne le processus de vulcanisation, to say that with regard to the vulcanization process,
le peroxyde est perdu.the peroxide is lost.
L'invention apporte encore une simplification im- The invention further brings about an important simplification.
portante des traitements dans lesquels on cherche à obtenir bearing treatments in which one seeks to obtain
des produits vulcanisés et en mousse. Si l'agent vulcani- vulcanized and foam products. If the vulcani-
sant et l'agent moussant sont dissous l'un dans l'autre, ils peuvent être injectés au moyen de la même pompe. Le peroxyde DTX et le Frigen 11 sont des exemples de telles substances. sant and the foaming agent are dissolved in each other, they can be injected using the same pump. Examples of such substances are DTX peroxide and Frigen 11.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre. tion will appear during the description which follows.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple; la Fig. 1 est une vue d'ensemble de l'extrudeuse en coupe longitudinale, In the accompanying drawings, given only by way of example; Fig. 1 is an overall view of the extruder in longitudinal section,
- la Fig. 2 est une vue à plus grande échelle de l'-ex- - Fig. 2 is an enlarged view of the former
tréwité du cylindre de l'extrudeuse et montrant la joue de dosage; extrusion cylinder tread and showing the dosing cheek;
la Fig.3 est une vue en coupe suivant la ligne III- Fig.3 is a sectional view along line III-
III de la Fig.2.III of Fig. 2.
Les dessins sont schématiques et ne doivent être The drawings are schematic and should not be
considérés que comme une illustration du principe de l'in- considered as an illustration of the principle of
vention. La référence 1 désigne le cylindre de l'extrudeuse et la référence 2 désigne la vis transporteuse logée dans vention. Reference 1 designates the extruder cylinder and reference 2 designates the conveyor screw housed in
ce cylindre. La référence 3 désigne une trémie d'o la ma- this cylinder. Reference 3 designates a hopper from which the ma-
tière plastique est introduite dans l'extrudeuse. Les ré- plastic is introduced into the extruder. The re-
férences 4 et 5 désignent approximativement les zones dites references 4 and 5 designate approximately the so-called zones
d'alimentation et de compression dans lesquelles l'injec- supply and compression systems in which the injection
tion de l'additif est fréquemment exécutée dans les ex- tion of the additive is frequently performed in the ex-
trudeuses classiques. La tête de l'extrudeuse, située à classic extruders. The head of the extruder, located at
l'extrémité de la vis 2, comprend une première zone de ma- the end of the screw 2 includes a first zone of ma-
laxage 6, une zone d'injection 7, une deuxième zone de mé- laxage 6, an injection zone 7, a second metallization zone
lange 8 et une filière 9. Les zones de malaxage et de mélan- lange 8 and a die 9. The kneading and mixing zones
ge 6 et 8 ne sont pas représentées en détail parce-qu'elles sont connues. Un constructeur de ce type de machine est ge 6 and 8 are not shown in detail because they are known. A manufacturer of this type of machine is
l'Union Carbide Corporation. La même observation est vala- Union Carbide Corporation. The same observation is valid-
ble pour la filière 9. La zone d'injection 7 comprend un ble for the die 9. The injection zone 7 comprises a
corps cylindrique qui relie les zones de malaxage et de mé- cylindrical body which connects the mixing and mixing zones
lange 6 et 8 et laisse libre entre lui-même et la paroi 1 du cylindre un espace annulaire 10 de largeur relativement grande. Plusieurs injecteurs 11 débouchent dans l'espace 10 lange 6 and 8 and leaves free between itself and the wall 1 of the cylinder an annular space 10 of relatively large width. Several injectors 11 open into space 10
en se prolongeant à peu près jusqu'au centre de cet espace. extending approximately to the center of this space.
L'additif à injecter est prélevé dans un réservoir 12 et acheminé par une pompe 13 à chacun des injecteurs 11. La pompe 13 est de préférence une pompe à pistons dont les pistons sont respectivement et individuellement reliés aux injecteurs de sorte qu'un seul injecteur est ouvert à la fois mais on peut également utiliser une pompe The additive to be injected is taken from a reservoir 12 and conveyed by a pump 13 to each of the injectors 11. The pump 13 is preferably a piston pump whose pistons are respectively and individually connected to the injectors so that a single injector is open at the same time but you can also use a pump
à membrane.membrane.
La masse de matière plastique poussée par la vis 2 est malaxée dans la première zone de malaxage 6, ce malaxage la The mass of plastic material pushed by the screw 2 is kneaded in the first kneading zone 6, this kneading the
portant à une température uniforme, ce qui élimine le ris- bringing to a uniform temperature, which eliminates the risk
que de formation de points chauds. En l'absence d'un tel than forming hot spots. In the absence of such
malaxage, les écarts de température par rapport à la tem- mixing, temperature deviations from the tem-
pérature moyenne de la masse peuvent être condidérables et average mass temperature can be condidible and
le mélange de parties trop chaudes de la masse avec l'addi- mixing excessively hot parts of the mass with the addi-
tif provoque une réaction indésirable. D'un autre côté, la présence de la première zone de malaxage assure que la zone d'injection ne recevra pas de masse non fondue. La masse tif causes an adverse reaction. On the other hand, the presence of the first mixing zone ensures that the injection zone will not receive unmelted mass. The mass
étant alors homogène.then being homogeneous.
L'espace 10 relativement large qui est ménagé dans la The relatively large space which is provided in the
zone d'injection 7 à la suite de la zone de malaxage 6 tran- injection zone 7 following the mixing zone 6 tran-
quillise la masse et permet par ailleurs de donner aux poin- quillizes the mass and also makes it possible to give the
tes des injecteurs 11 une certaine hauteur de saillie sur la surface interne du cylindre 1 ou une certaine profondeur de tes of the injectors 11 a certain height of projection on the internal surface of the cylinder 1 or a certain depth of
pénétration dans la zone d'injection. Etant donné que l'ad- penetration into the injection area. Since the ad-
ditif est ainsi injecté au centre du courant de matière plas- ditif is thus injected into the center of the current of plas-
tique fondue, il est immédiatement mélangé à la masse de melted tick, it is immediately mixed with the mass of
matière de base, ce qui élimine la possibilité pour l'addi- basic material, which eliminates the possibility for the addi-
tif de sortir directement d'un espace dépourvu de pression tif to exit directly from a space without pressure
en glissant le long de la surface interne du cylindre. Tou- by sliding along the internal surface of the cylinder. All-
tefois, il convient de remarquer que la zone d'injection 7 n'est pas soumise à une décompression qu'on désire maintenir aussi stable que possible l'état de pression de la masse However, it should be noted that the injection zone 7 is not subjected to a decompression which it is desired to maintain as stable as possible the state of pressure of the mass.
qui s'écoule au droit du point d'injection. Le débit d'in- flowing to the right of the injection site. The flow of
jection peut être réglé commodément par variation de la vitesse jection can be conveniently adjusted by varying the speed
de rotation de la pompe 13 et on obtient ainsi facilement une bonne pré- of rotation of the pump 13 and thus a good pre-
cision de réglage.adjustment cision.
L'incorporation de l'additif est encore améliorée par la deuxième zone 8 de malaxage du mélange qui tourne avec la vis et qui est analogue à la première zone 6 dans son principe de travail. Dans certaines-extrudeuses antérieures, ce malaxage est effectué par un mélangeur statique mais cette solution accroît le risque d'allongement préjudicia- ble de la distance parcourue par chaque particule de la masse et d'allongement du temps. Dans un mélangeur statique, chaque particule de la masse circule autour de barres et, en général,lorsqu'un courant rencontre un angle, il existe toujours un point oua la vitesse est nulle, c'est-à-dire qu'en d'autres termes, la particule intéressée de la masse s'immobilise. Les particules immobilisées s'agglomèrent puis finissent par se détacher pour être entraînées par le courant, en formant un défaut dans le produit. Dans un The incorporation of the additive is further improved by the second zone 8 for kneading the mixture which turns with the screw and which is analogous to the first zone 6 in its working principle. In some prior extruders, this mixing is carried out by a static mixer but this solution increases the risk of detrimental lengthening of the distance traveled by each particle of the mass and of lengthening of time. In a static mixer, each particle of the mass circulates around bars and, in general, when a current meets an angle, there is always a point where the speed is zero, that is to say in in other words, the interested particle of the mass is immobilized. The immobilized particles agglomerate then finally detach themselves to be entrained by the current, forming a defect in the product. In one
mélangeur rotatif, cet inconvénient est réduit. rotary mixer, this drawback is reduced.
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