FR2722711A1 - Appareil et procede pour augmenter le debit d'ecoulement d'un liquide, tel qu'un polymere fondu, a travers un orifice - Google Patents

Appareil et procede pour augmenter le debit d'ecoulement d'un liquide, tel qu'un polymere fondu, a travers un orifice Download PDF

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Abstract

L 'appareil comprend :- un logement de buse (102) définissant :- .une chambre (104) adaptée à être alimentée, selon (110), en liquide pressurisé ; et- .un orifice de sortie (112), défini par les parois d'une pointe de buse (136), adapté à recevoir le liquide pressurisé depuis la chambre (104) et à l'évacuer hors du logement de buse (102) et,- un moyen, situé dans la chambre (104), pour appliquer l'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans ladite chambre, mais pas à la pointe de buse (136).L'invention est applicable à divers domaines tels que le filage par fusion, l'injection de carburant, la production de jets pulvérisés, etc.

Description

La présente invention concerne la modification du débit d'écoulement d'un liquide à travers un orifice.
La filature par fusion de liquides tels que, par exemple, les polymères thermoplastiques pour former des fibres et des nappes non tissées implique généralement le passage à force du polymère fondu à travers une pluralité d'orifices pour former une pluralité de filets fondus, et la mise en contact des filets fondus avec un fluide, habituellement de l'air, dirigé de façon à former des filaments ou des fibres et à les amincir. Les filaments ou fibres amincis sont ensuite déposés de façon aléatoire sur une surface pour former une nappe non tissée.
Les procédés bien connus les plus courants utilisés pour la préparation de nappes non tissées sont la fusion-soufflage, le coformage et le filage-nappage.
Des documents décrivant la fusion-soufflage comprennent par exemple US-A-3 016 599 au nom de
Perry, Jr., 3 704 198 au nom de Prentice, 3 755 527 aux noms de Keller et al., 3 849 241 aux noms de Butin et al., 3 978 185 aux noms de Butin et al., et 4 663 220 aux noms de Wisneski et al. Voir, également, V. A. Wente, "Superfine
Thermoplastic Fibers", Industrial and Engineering
Chemistry, Vol. 48, N08, pages 1342-1346 (1956)
V. A. Wente et al., "Manufacture of Superfine Organic
Fibers", Navy Research Laboratory, Washington, D.C., USA,
NRL Report 4364 (111437 > , du 25 Mai 1954, United States
Department of Commerce, Office of Technical Services, et
Robert R. Butin et Dwight T. Lohkamp, "Melt Blowing - A
One-step Web Process for New Nonwoven Produits, Journal of the Technical Association of the Pulp and Paper Industry,
Vol. 56, NO 4, pages 74-77 (1973).
Des documents décrivant le coformage (c'est-à-dire des documents décrivant un procédé de fusion-soufflage dans lequel des fibres ou des particules sont mélangées avec les fibres obtenues par fusion-soufflage tandis qu'elles sont formées) comprennent US-A-4 100 324 aux noms de Anderson et al., et 4 118 531 au nom de Hauser.
Enfin, des documents décrivant le filage-nappage comprennent, entre autres, US-A-3 341 394 au nom de Kinney, 3 655 862 aux noms de Dorschner et al., 3 692 618 aux noms de Dorschner et al., 3 705 068 aux noms de Dobo et al., 3 802 817 aux noms de Matsuki et al., 3 853 651 au nom de
Porte, 4 064 605 aux noms de Akiyama et al., 4 091 140 au nom de Harmon, 4 100 319 au nom de Schwartz, 4 340 563 aux noms de Appel et Morman, 4 405 297 aux noms de Appel et
Morman, 4 434 204 aux noms de Hartman et al., 4 627 811 aux noms de Greiser et Wagner, et 4 644 045 au nom de Fowells.
Parmi les difficultés et problèmes rencontrés couramment dans le cadre des procédés de filature par fusion, on peut citer, à titre d'exemple seulement, la dégradation thermique du polymère, le colmatage des filières d'extrusion et des limitations affectant les diamètres de fibre, le rendement, les vitesses de production et les vitesses de lignes de fabrication. Le diamètre des fibres est généralement fonction du diamètre des orifices à travers lesquels le polymère est extrudé, bien que la température et la vitesse du fluide d'amincissement peuvent avoir un effet significatif. Dans certaines applications, il est souhaitable d'obtenir des diamètres de fibres inférieurs à environ 10 ym. Le rendement est fondamentalement fonction du débit d'écoulement de la masse fondue du polymère, tandis que les vitesses de production dépendent, dans une large mesure, du rendement. En d'autres termes, le rendement et les vitesses de production dépendent généralement de la viscosité du polymère fondu en cours d'extrusion. Les difficultés et problèmes décrits ci-dessus proviennent largement des difficultés à gérer la viscosité de la masse fondue pour obtenir le rendement et/ou les vitesses de production voulues. En conséquence, il existe un besoin en perfectionnements dans les procédés de filature par fusion reposant sur une meilleure maîtrise de la viscosité de la masse fondue.
La présente invention a pour but de résoudre certaines des difficultés et problèmes énoncés ci-dessus en apportant un appareil et un procédé pour augmenter le débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice par application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé.
Dans la suite de la présente description et dans les revendications, le terme général de "buse" pourra signifier, plus spécifiquement, "filière".
L'appareil comprend un logement de buse qui définit une chambre adaptée à recevoir un liquide pressurisé et un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé. Le logement de buse comprend une chambre adaptée à recevoir le liquide pressurisé, une entrée adaptée à alimenter la chambre en liquide pressurisé, et un orifice de sortie (ou une pluralité d'orifices de sortie) défini par les parois d'une pointe de buse, l'orifice de sortie étant adapté à recevoir le liquide pressurisé depuis la chambre et à évacuer le liquide hors du logement de buse. D'une manière générale, le moyen d'application d'énergie ultrasonique est situé dans la chambre. Par exemple, le moyen d'application d'énergie ultrasonique peut être une sonotrode immergée.
Selon l'invention, le moyen d'application d'énergie ultrasonique est situé dans la chambre de manière qu'aucune énergie ultrasonique ne soit appliquée à la pointe de buse (c'est-à-dire aux parois de la pointe de buse définissant l'orifice de sortie).
Dans une forme d'exécution de la présente invention, le logement de buse peut avoir une première extrémité et une seconde extrémité. Une extrémité du logement de buse forme une pointe de buse ayant des parois qui définissent un orifice de sortie adapté à recevoir un liquide pressurisé depuis la chambre et à évacuer le liquide pressurisé le long d'un premier axe. Le moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé est une sonotrode ayant une première et une seconde extrémités. La sonotrode est adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud et un axe d'excitation mécanique longitudinale. La sonotrode est située dans la seconde extrémité du logement de buse de manière telle que la première extrémité de la sonotrode est située à l'extérieur du logement de buse et que sa seconde extrémité est située à l'intérieur du logement de buse, dans la chambre, et à proximité immédiate de l'orifice de sortie.
L'axe d'excitation longitudinal de la sonotrode est de préférence sensiblement parallèle au premier axe. En outre, la seconde extrémité de la sonotrode a de préférence une aire, en section transversale, approximativement identique ou supérieure à une aire minimale qui englobe tous les orifices de sortie du logement de buse.
Lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, la sonotrode est adaptée à appliquer de l'énergie ultrasonique au liquide pressurisé dans la chambre (définie par le logement de buse) mais pas à la pointe de buse dont des parois définissent l'orifice de sortie.
La présente invention vise l'utilisation d'une sonotrode ayant un moyen vibrateur couplé à la première extrémité de la sonotrode. Le moyen vibrateur peut être un transducteur piézo-électrique ou un transducteur magnétostrictif. Le transducteur peut être couplé directement à la sonotrode ou au moyen d'un guide d'ondes allongé. Le guide d'ondes allongé peut avoir n'importe quel rapport d'excitation mécanique entrée:sortie voulu, par exemple compris entre environ 1:1 et 1:2,5, bien que des rapports de 1:1 et 1,5:1 soient classiques pour de nombreuses applications. L'énergie ultrasonique aura habituellement une fréquence d'environ 15 kHz à environ 100 kHz, bien que d'autres fréquences soient également visées.
Selon un aspect de la présente invention, l'orifice de sortie peut avoir un diamètre inférieur à environ 2,54 mm (0,1 pouce). Par exemple, l'orifice de sortie peut avoir un diamètre allant d'environ 0,00254 à environ 2,54 mm (environ 0,001 pouce à environ 0,1 pouce). Selon un autre exemple, l'orifice de sortie peut avoir un diamètre allant d'environ 0,0254 mm à environ 0,254 mm (environ 0,001 pouce à environ 0,01 pouce).
Selon l'invention, l'orifice de sortie peut être un orifice unique ou il peut s'agir d'une pluralité d'orifices de sortie. L'orifice de sortie peut être un capillaire de sortie. Le capillaire de sortie peut avoir un rapport longueur:diamètre (rapport L/D) compris entre environ 4:1 et environ 10:1. Naturellement, le capillaire de sortie peut avoir un rapport L/D inférieur à 4:1 ou supérieur à 10:1.
Dans une forme d'exécution de l'invention, l'orifice de sortie est autonettoyant. Dans une autre forme d'exécution de l'invention, l'appareil peut être adapté à émulsionner un liquide pressurisé à composants multiples.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, l'appareil peut être adapté à produire un jet pulvérisé de liquide.
Par exemple, l'appareil peut être adapté à produire un jet pulvérisé atomisé de liquide. En variante et/ou en outre, l'appareil peut être adapté à produire un jet pulvérisé uniforme et conique de liquide. Dans une autre forme encore d'exécution de l'invention, l'appareil peut être adapté à créer une cavitation dans un liquide pressurisé.
La présente invention vise un procédé d'augmentation du débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice. Le procédé implique la fourniture d'un liquide pressurisé à l'appareil décrit ci-dessus, l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (sans appliquer d'énergie ultrasonique à la pointe de buse), et à l'évacuation du liquide pressurisé hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse.
Selon la présente invention, le débit d'écoulement du liquide pressurisé peut être d'au moins environ 25 W supérieur au débit d'écoulement d'un liquide pressurisé identique hors d'un logement de buse identique au travers d'un orifice de sortie identique en l'absence d'excitation par de l'énergie ultrasonique. Par exemple, le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 75 k supérieur. Selon un autre exemple, le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 200 k supérieur.
D'une façon générale, l'augmentation du débit d'écoulement du liquide pressurisé peut être obtenue sans élévation significative de la température du liquide pressurisé et/ou sans élévation significative de la pression fournie au liquide pressurisé.
La présente invention inclut également le fait que les étapes d'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique (c'est-à-dire à exciter la sonotrode) , tandis que l'orifice de sortie reçoit le liquide pressurisé depuis la chambre, et d'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse peuvent en outre comprendre l'étape d'autonettoyage de l'orifice de sortie. La présente invention inclut également le fait que l'étape du procédé qui consiste à exciter le moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre peut en outre comprendre l'étape d'émulsification d'un liquide pressurisé à composants multiples.
La présente invention inclut également le fait que l'étape d'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse peut également comprendre l'étape de production d'un jet pulvérisé de liquide comprenant, sans que cela soit limitatif, un jet pulvérisé atomisé de liquide et un jet pulvérisé uniforme et conique de liquide.
La présente invention inclut également le fait que les étapes d'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique, tandis que l'orifice de sortie reçoit le liquide pressurisé depuis la chambre, et d'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse peut comprendre, en outre, l'étape de cavitation du liquide pressurisé.
Il est également envisagé que l'appareil et le procédé selon la présente invention aient une très grande diversité d'applications dans lesquelles on fait passer un liquide pressurisé à travers un orifice. Par exemple, l'appareil et le procédé peuvent être utilisés dans des injecteurs de carburant pour systèmes de combustion à carburant liquide. Des exemples de tels systèmes de combustion comprennent, sans que cela soit limitatif, les chaudières, les fours de grillage, les fours industriels et domestiques et les incinérateurs. L'appareil et le procédé peuvent être utilisés dans des injecteurs de carburant pour moteurs à combustion interne à écoulement discontinu (par exemple des moteurs à essence et diesel à pistons alternatifs. L'appareil et le procédé peuvent également être utilisés dans des injecteurs de carburant pour des moteurs à écoulement continu (par exemple des moteurs thermiques à cycle Sterling et des moteurs à turbine à gaz).
L'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent être utilisés pour émulsionner des carburants liquides à composants multiples ainsi que des additifs et contaminants de carburants liquides.
L'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent également être utilisés pour maîtriser l'écoulement à la fois dans des systèmes hydrauliques à circuit ouvert et fermé dans une diversité d'installations comprenant, sans que cela soit limitatif, l'automobile, la construction, l'industrie, l'agriculture et la robotique.
Il est également visé que l'appareil et le procédé selon la présente invention puissent être utilisés pour commander la vitesse de changement de phase des réfrigérants liquides, en utilisant des équipements tels que par exemple des soupapes d'expansion thermique commandées par ultrasons. Le procédé et l'appareil selon la présente invention peuvent également apporter des avantages dans des opérations de transfert de masses et de remplissage de conteneurs pour une diversité de produits alimentaires, en particulier des produits alimentaires qui ont tendance à être visqueux.
L'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent également apporter des avantages dans des opérations de pulvérisation en fournissant un degré de contrôle sur le jet pulvérisé y compris, sans que cela soit limitatif, des caractéristiques telles que la taille des gouttelettes, l'uniformité de la taille des gouttelettes, la forme du modèle de jet pulvérisé et/ou l'uniformité du jet pulvérisé.
La présente invention vise également un appareil injecteur de carburant ultrasonique pour injecter un carburant liquide dans un moteur à combustion interne.
L'appareil comprend un logement de buse qui définit une chambre adaptée à recevoir un carburant liquide pressurisé et un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du carburant liquide pressurisé. Le logement de buse comprend une chambre adaptée à recevoir le carburant liquide pressurisé, une entrée adaptée à alimenter la chambre en carburant liquide pressurisé et un orifice de sortie (ou une pluralité d'orifices de sortie) défini par les parois d'une pointe de buse et adapté à recevoir le carburant liquide pressurisé depuis la chambre et à évacuer le carburant liquide hors du logement de buse. Le moyen d'application d'énergie ultrasonique est situé à l'intérieur de la chambre et il peut s'agir, par exemple, d'une sonotrode immergée. Selon l'invention, le moyen d'application d'énergie ultrasonique est situé dans la chambre d'une manière telle qu'aucune énergie ultrasonique n'est appliquée à la pointe de buse (c'est-à-dire aux parois de la pointe de buse définissant l'orifice de sortie)
Dans une forme d'exécution de l'appareil ultrasonique d'injection de carburant, le logement de buse peut avoir une première et une seconde extrémités et l'orifice de sortie est adapté à recevoir le carburant liquide pressurisé depuis la chambre et à évacuer le carburant liquide pressurisé le long d'un premier axe. Le moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du carburant liquide pressurisé est une sonotrode ayant une première extrémité et une seconde extrémité. La sonotrode est adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud et un axe d'excitation mécanique longitudinale. La sonotrode est située dans la seconde extrémité du logement de buse d'une manière telle que la première extrémité de la sonotrode est située à l'extérieur du logement de buse et que sa seconde extrémité est située à l'intérieur du logement de buse, dans la chambre, et est à proximité immédiate de l'orifice de sortie. En variante, tant la première extrémité que la seconde extrémité de la sonotrode peuvent être situées à l'intérieur du logement de buse.
L'axe d'excitation longitudinal de la sonotrode est de préférence sensiblement parallèle audit premier axe. En outre, la seconde extrémité de la sonotrode a de préférence une aire, en section transversale, approximativement identique ou supérieure à une aire minimale qui englobe tous les orifices de sortie du logement de buse.
L'appareil ultrasonique injecteur de carburant peut avoir une sonotrode dont la première extrémité est couplée à un moyen vibrateur. Le moyen vibrateur peut être un transducteur piézo-électrique ou un transducteur magnétostrictif. Le transducteur peut être couplé directement à la sonotrode ou l'être au moyen d'un guide d'ondes allongé. Le guide d'ondes allongé peut avoir n'importe quel rapport d'excitation mécanique entrée:sortie voulu, bien que des rapports de 1:1 et 1,5:1 soient courants dans de nombreuses applications. L'énergie ultrasonique a habituellement une fréquence allant d'environ 15 kHz à environ 100 kHz, bien que d'autres fréquences soient également envisagées, telles que d'environ 18 kHz à 60 kHz.
La présente invention vise encore un appareil et un procédé pour la filature par fusion d'un polymère thermoplastique, par exemple sous la forme de fibre et de nappe non tissée, utilisant de l'énergie ultrasonique pour contribuer au processus de filature par fusion. L'appareil comprend un logement de filière et un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du polymère thermoplastique fondu. Le logement de filière définit une chambre adaptée à recevoir le polymère thermoplastique fondu, un orifice d'entrée (c'est-à-dire une entrée) adapté à alimenter la chambre en polymère thermoplastique fondu, et un orifice d'extrusion (c'est-à-dire un orifice de sortie) adapté à recevoir le polymère thermoplastique fondu depuis la chambre et à extruder le polymère.
La présente invention concerne également un procédé de formation d'une fibre. Le procédé implique la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu et l'extrusion du polymère à travers un orifice d'extrusion (c'est-à-dire un orifice de sortie) d'un ensemble de filières pour former un filet. L'ensemble de filière sera constitué d'un logement de filière et d'un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du polymère thermoplastique fondu tel que déjà défini. Le moyen d'application d'énergie ultrasonique peut être au moins partiellement entouré par le polymère thermoplastique fondu et il est adapté à appliquer de l'énergie ultrasonique au polymère thermoplastique fondu tandis qu'il pénètre dans l'orifice d'extrusion (c'est-à-dire dans l'orifice de sortie)
Pendant l'extrusion du polymère thermoplastique fondu, le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique. Le filet qui émerge de l'orifice d'extrusion (c'est-à-dire de l'orifice de sortie) est ensuite aminci pour former une fibre.
L'invention concerne encore un procédé de formation, à partir d'un polymère thermoplastique, d'une fibre ayant, au long de sa longueur, des bulles d'un gaz piégées. Ce procédé implique également la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu et l'extrusion du polymère à travers un orifice d'extrusion (c'est-à-dire un orifice de sortie) dans un ensemble de filière pour former un filet.
L'ensemble de filière peut comprendre un logement de filière et une sonotrode pour appliquer de l'énergie ultrasonique à une portion du polymère thermoplastique fondu tel que déjà défini. Pendant l'extrusion du polymère thermoplastique fondu, la sonotrode est excitée par de l'énergie ultrasonique dans des conditions suffisantes pour maintenir une cavitation. Le filet qui émerge de l'orifice d'extrusion (c'est-à-dire de l'orifice de sortie) est ensuite aminci pour former une fibre.
La cavitation peut se traduire par la formation de bulles de gaz au sein du filet de polymère thermoplastique fondu, lesquelles bulles demeurent piégées. L'amincissement exercé pour former une fibre allonge, mais ne détruit pas, les bulles. Du fait de la présence des bulles, la densité de la fibre est inférieure à celle d'une fibre, sinon identique, mais dépourvue de bulles de gaz piégées. Par exemple, la densité d'une fibre contenant des bulles d'un gaz peut être inférieure à environ 90 W de la densité d'une fibre, sinon identique, dépourvue de bulles de gaz piégées.
Comme autre exemple, la densité de la fibre peut être comprise dans la gamme allant d'environ 20 à environ 90 pour cent de la densité d'une fibre, sinon identique, dépourvue de bulles de gaz piégées.
Dans les dessins
- la Figure 1 est une représentation schématique en coupe transversale d'une forme d'exécution de l'appareil selon la présente invention
- les Figures 2 et 3 sont des photomicrographies de fibres préparées selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, lesquelles fibres renferment des bulles de gaz piégées Cet et
- les Figures 4 à 8 sont des diagrammes de vitesses d'écoulement d'un polymère à travers un orifice à diverses températures sans application d'énergie ultrasonique et avec application d'énergie ultrasonique à deux niveaux de puissance différents.
Tel qu'utilisé ici, le terme "liquide" se réfère à une forme amorphe (non cristalline) de matière intermédiaire entre les gaz et les solides dans laquelle les molécules sont beaucoup plus fortement concentrées que dans les gaz, mais beaucoup moins concentrées que dans les solides. Un liquide peut avoir un composant unique ou peut être fait de composants multiples. Les composants peuvent être d'autres liquides, des solides et/ou des gaz. Par exemple, une caractéristique des liquides est leur capacité à s'écouler sous l'effet d'une force appliquée. Les liquides qui s'écoulent immédiatement sous l'effet de l'application d'une force et pour lesquels la vitesse d'écoulement est directement proportionnelle à la force appliquée sont généralement appelés liquides Newtoniens.
D'autres liquides ont des réponses d'écoulement anormales lorsqu'ils sont soumis à une force et ils présentent des propriétés d'écoulement non-Newtoniennes.
Telles qu'utilisées ici, les expressions "polymère thermoplastique" et "matériau thermoplastique" se réfèrent à un haut polymère qui ramollit lorsqu'il est exposé à de la chaleur et qui revient à son état d'origine lorsqu'il refroidit à la température ambiante. Par ces expressions, on entend inclure tout polymère thermoplastique qui est capable d'être filé par fusion. On entend également inclure dans le sens de ces expressions les mélanges de deux ou plusieurs polymères ainsi que les copolymères alternants, aléatoires et séquencés. Des exemples non limitatifs de polymères thermoplastiques comprennent les polyacétals à protection terminale, tels que le poly(oxyméthylène) ou le polyformaldéhyde, le poly(trichloroacétaldéhyde), le poly (n-valéraldéhyde), le poly(acétaldéhyde), le poly(propion aldéhyde), et analogues ; les polymères acryliques, tels que le polyacrylamide, le poly(acide acrylique), le poly(acide méthacrylique), le poly(acrylate d'éthyle), le poly(méthacrylate de méthyle), et analogues ; les polymères fluorocarbonés, tels que le poly(tétrafluoroéthylène), les copolymères éthylène-propylène perfluorés, les copolymères éthylène-tétrafluoroéthylène, le poly(chlorotrifluoroéthylène), les copolymères éthylène-chlorotrifluoroéthylène, le poly(fluorure de vinylidène), le poly(fluorure de vinyle), et analogues ; les polyamides, tels que le poly(acide 6-aminocaproïque) ou le poly(E-caprolactame), le poly(hexaméthylène adipamide), le poly(hexaméthylène sébacamide), le poly(acide ll-amino-l-décanoïque), et analogues ; les polyaramides, tels que le poly(imino-1,3phénylèneiminoisophtaloyle) ou le poly(m-phénylène isophtalamide) , et analogues ; les parylènes, tels que le poly-p-xylylène, le poly(chloro-;-xylylène), et analogues les polyaryléthers, tels que le poly(oxy-2,6-diméthyl1,4-phénylène) ou le poly(oxyde de p-phénylène), et analogues ; les polyarylsulfones, telles que le poly(oxy-1,4-phénylènesulfonyl-1,4-phénylèneoxy-1,4- phénylène-isopropylidène-1,4-phénylène), le poly(sulfonyl 1,4-phénylèneoxy-1,4-phénylènesulfonyl-4,4'-biphénylène), et analogues zones les polycarbonates, tels que le poly(bisphénol A) ou le poly(carbonyldioxy-l,4-phénylèneisopropylidène-1,4-phénylène), et analogues ; les polyesters, tels que le poly(téréphtalate d'éthylène), le poly(téréphtalate de tétraméthylène), le poly(téréphtalate de cyclohexylène-1,4-diméthylène) ou le poly(oxyméthylène 1, 4-cyclohexylèneméthylèneoxytéréphtaloyle), et analogues les polyarylsulfures, tels que le poly(;-phénylène sulfure) ou le poly(thio-1,4-phénylène), et analogues ; les polyimides, tels que le poly(pyroméllitimido-1,4phénylène), et analogues ; les polyoléfines, telles que le polyéthylène, le polypropylène, le poly(l-butène), le poly(2-butène) , le poly(l-pentène) , le poly(2-pentène), le poly(3-méthyl-l-pentène), le poly(4-méthyl-l-pentène), le 1,2-poly-1,3-butadiène, le 1,4-poly-1,3-butadiène, le polyisoprène, le polychloroprène, le polyacrylonitrile, le poly(acétate de vinyle), le poly(chlorure de vinylidène), le polystyrène, et analogues ; les copolymères des composés précités, tels que les copolymères acrylonitrile-butadiènestyrène (ABS) , et analogues, etc.
A titre d'exemple, le polymère thermoplastique peut être une polyoléfine, dont des exemples sont indiqués ci-dessus. Comme autre exemple, le polymère thermoplastique peut être une polyoléfine qui ne contient que des atomes d'hydrogène et de carbone et qui est préparée par polymérisation-addition d'un ou plusieurs monomères insaturés. Des exemples de telles polyoléfines comprennent, entre autres, le polyéthylène, le polypropylène, le poly(1-butène), le poly(2-butène), le poly(1-pentène), le poly(2-pentène), le poly(3-méthyl-l-pentène), le poly(4-méthyl-l-pentène) , le 1,2-poly-1,3-butadiène, le 1,4-poly-1,3-butadiène, le polyisoprène, le polystyrène, et analogues, ainsi que des mélanges de deux telles polyoléfines, ou davantage, et de copolymères alternants, aléatoires et séquencés, préparés à partir de deux monomères insaturés différents, ou davantage.
Tel qu'utilisé ici, le terme "noeud" signifie le point de l'axe d'excitation longitudinale de la sonotrode auquel il n'y a aucun déplacement longitudinal de la sonotrode lors de l'excitation par de l'énergie ultrasonique. Dans le domaine considéré, ainsi que dans la présente description, le noeud est quelquefois appelé point nodal.
L'expression "à proximité immédiate" n'est utilisée ici que dans un sens qualitatif. C'est-à-dire que le terme est utilisé pour indiquer que le moyen d'application d'énergie ultrasonique est suffisamment près de l'orifice de sortie (par exemple de l'orifice d'extrusion) pour appliquer de l'énergie ultrasonique fondamentalement au liquide (par exemple au polymère thermoplastique fondu) pénétrant dans l'orifice de sortie (par exemple l'orifice d'extrusion) . Le terme n'est pas utilisé pour définir des distances spécifiques mesurées depuis l'orifice d'extrusion.
Telle qu'utilisée ici, l'expression "débit d'écoulement de la masse fondue" se réfère à la quantité de matériau sous pression ou charge qui s'écoule à travers un orifice à une température donnée au cours d'une période de temps spécifiée. Le débit d'écoulement de la masse fondue est exprimé en unités de masse par quantité de temps (par exemple, en gramme/10 minutes). Le débit d'écoulement de la masse fondue a été déterminé en mesurant la masse de polymère thermoplastique fondu sous une charge de 2,160 kg qui s'écoule à travers un orifice de diamètre de 2,0995 + 0,0051 mm au cours d'une période de temps spécifiée telle que, par exemple, 10 minutes à une température spécifiée telle que, par exemple, 1800C en suivant le mode opératoire de la méthode de test
ASTM D1238-82, "Standard Test Method for Flow Rates of
Thermoplastic By Extrusion Plastometer", en utilisant un plastimètre d'extrusion modèle VE 4-78 (Tinius Olsen
Testing Mac logement de buse définit une chambre adaptée à recevoir le liquide pressurisé, une entrée (par exemple un orifice d'entrée) adaptée à alimenter la chambre en liquide pressurisé, et un orifice de sortie (par exemple, un orifice d'extrusion) adapté à recevoir le liquide pressurisé depuis la chambre et à évacuer le liquide hors de l'orifice de sortie du logement de buse. Le moyen d'application d'énergie ultrasonique est situé dans la chambre. Par exemple, le moyen d'application d'énergie ultrasonique peut être situé partiellement dans la chambre ou le moyen d'application d'énergie ultrasonique peut être situé entièrement à l'intérieur de la chambre.
Si l'on se réfère à la Figure 1, on voit un exemple d'appareil selon l'invention dont les dimensions ne sont pas nécessairement proportionnées à l'échelle et qui est conçu pour augmenter le débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice. L'appareil 100 comprend un logement de buse 102 qui définit une chambre 104 adaptée à recevoir un liquide pressurisé, par exemple de l'huile, de l'eau, un polymère thermoplastique fondu, un sirop, ou analogues. Le logement de buse 102 comporte une première extrémité 106 et une seconde extrémité 108. Le logement de buse 102 comporte également une entrée 110 (par exemple un orifice d'entrée) adaptée à alimenter la chambre 104 en liquide pressurisé. Un orifice de sortie 112 (auquel on peut également se référer sous le nom d'orifice d'extrusion) est disposé dans la première extrémité 106 du logement de buse 102. Il est adapté à recevoir le liquide pressurisé depuis la chambre 104 et à évacuer le liquide hors du logement de buse 102 le long d'un premier axe 114.
Une sonotrode 116 est située dans la seconde extrémité 108 du logement de buse 102. La sonotrode comporte une première extrémité 118 et une seconde extrémité 120. La sonotrode 116 est située dans la seconde extrémité 108 du logement de buse 102 de telle manière que la première extrémité 118 de la sonotrode 116 est située à l'extérieur du logement de buse 102 et que la seconde extrémité 120 de la sonotrode 116 est située à l'intérieur du logement de buse 102, dans la chambre 104, et à proximité immédiate de l'orifice de sortie 112.
La sonotrode 116 est adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique à avoir un point nodal 122 et un axe d'excitation mécanique longitudinale 124. De préférence, le premier axe 114 et l'axe d'excitation mécanique 124 seront sensiblement parallèles. Mieux, le premier axe 114 et l'axe d'excitation mécanique 124 coïncideront sensiblement, comme le montre la figure 1.
La taille et la forme de l'appareil selon la présente invention peuvent varier grandement en fonction, au moins en partie, du nombre et de la disposition des orifices de sortie (par exemple des orifices d'extrusion) et de la fréquence de fonctionnement du moyen d'application d'énergie ultrasonique. Par exemple, le logement de buse peut être cylindrique, rectangulaire, ou d'une autre forme.
De plus, le logement de buse peut avoir un orifice de sortie unique ou une pluralité d'orifices de sortie. Dans le cas d'une pluralité d'orifices de sortie, ceux-ci peuvent être disposés selon un tracé qui peut par exemple, sans que cela soit limitatif, être un tracé rectiligne ou circulaire.
Le moyen d'application d'énergie ultrasonique est situé à l'intérieur de la chambre, habituellement au moins partiellement entouré par le liquide pressurisé. Un tel moyen est adapté à appliquer de l'énergie ultrasonique au liquide pressurisé tandis qu'il pénètre dans l'orifice de sortie. Exprimé d'une autre manière, un tel moyen est adapté à appliquer de l'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé au voisinage de chaque orifice de sortie. Un tel moyen peut être situé complètement ou partiellement dans la chambre.
Lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est une sonotrode, la sonotrode s'étend commodément au travers du logement de buse, comme au travers de la première extrémité du logement ainsi que le montre la figure 1. Cependant, la présente invention vise également d'autres configurations. Par exemple, la sonotrode peut traverser une paroi du logement de buse, plutôt qu'une extrémité. De plus, ni le premier axe, ni l'axe d'excitation longitudinale de la sonotrode n'ont besoin d'être verticaux. Si on le désire, l'axe d'excitation mécanique longitudinale de la sonotrode peut faire un angle avec le premier axe. Néanmoins, on préfère que l'axe d'excitation mécanique longitudinale de la sonotrode soit sensiblement parallèle au premier axe.
Si on le désire, plus d'un moyen d'application d'énergie ultrasonique peuvent être situés dans la chambre définie par le logement de buse. De plus, un moyen unique peut appliquer de l'énergie ultrasonique à la portion du liquide pressurisé qui est au voisinage d'un ou plusieurs orifices de sortie.
L'application d'énergie ultrasonique à une pluralité d'orifices de sortie peut être effectuée par une diversité de méthodes. Par exemple, si l'on se réfère de nouveau à l'utilisation d'une sonotrode, la seconde extrémité de la sonotrode peut avoir une aire, en section transversale, qui est suffisamment grande pour appliquer de l'énergie ultrasonique à la portion du liquide pressurisé qui se trouve au voisinage de tous les orifices de sortie du logement de buse. Dans un tel cas, la seconde extrémité de la sonotrode aura de préférence une aire, en section transversale, approximativement identique ou supérieure à une aire minimale qui englobe tous les orifices de sortie du logement de buse (c'est-à-dire une aire minimale qui est identique ou supérieure à la somme des aires des orifices de sortie du logement de buse provenant de la même chambre). En variante, la seconde extrémité de la sonotrode peut avoir une série de protubérances, ou pointes, égales en nombre au nombre d'orifices de sortie. Dans ce cas, l'aire, en section transversale, de chaque protubérance ou pointe sera de préférence approximativement égale ou supérieure à l'aire, en section transversale, de l'orifice de sortie qui se trouve à proximité immédiate de la protubérance ou pointe.
Comme indiqué plus haut, l'expression "à proximité immédiate" est utilisée ici pour indiquer que le moyen d'application d'énergie ultrasonique est suffisamment près de l'orifice de sortie pour appliquer de l'énergie ultrasonique fondamentalement au liquide pressurisé pénétrant dans l'orifice de sortie. La distance réelle du moyen d'application d'énergie ultrasonique à partir de l'orifice de sortie dans toute situation donnée dépend d'un certain nombre de facteurs, parmi lesquels le débit d'écoulement du liquide pressurisé (par exemple le débit d'écoulement du polymère thermoplastique fondu ou la viscosité d'un liquide), l'aire en section transversale de l'extrémité du moyen d'application d'énergie ultrasonique par rapport à l'aire en section transversale de l'orifice de sortie, la fréquence de l'énergie ultrasonique, le gain du moyen d'application d'énergie ultrasonique (par exemple l'amplitude de l'excitation mécanique longitudinale du moyen d'application d'énergie ultrasonique), la température du liquide pressurisé et la vitesse à laquelle le liquide est évacué de l'orifice de sortie.
En général, la distance du moyen d'application d'énergie ultrasonique à partir de l'orifice de sortie dans une situation donnée sera déterminée facilement par l'homme de l'art sans expérimentation exagérée. En pratique, une telle distance sera comprise dans la gamme allant d'environ 0,05 mm (environ 0,002 pouce) à environ 33 mm (environ 1,3 pouce) bien que des distances plus grandes puissent être employées. Une telle distance détermine l'étendue sur laquelle l'énergie ultrasonique est appliquée au liquide pressurisé autre que celui qui est sur le point de pénétrer dans l'orifice de sortie ; en d'autres termes, plus la distance est grande, plus grande est la quantité de liquide pressurisé qui est soumise à l'énergie ultrasonique. En conséquence, on préfère généralement des distances plus courtes pour réduire au minimum la dégradation du liquide pressurisé et d'autres effets nuisibles qui pourraient résulter de l'exposition du liquide à l'énergie ultrasonique.
Un avantage de l'appareil selon la présente invention est qu'il est autonettoyant. C'est-à-dire que la combinaison de la pression fournie et des forces générées par l'excitation ultrasonique du moyen d'application d'énergie ultrasonique au liquide pressurisé (sans application d'énergie ultrasonique directement à l'orifice) peut éliminer les obstructions qui apparaissent et qui sont susceptibles de bloquer l'orifice de sortie (par exemple l'orifice d'extrusion). Selon l'invention, l'orifice de sortie est adapté à être autonettoyant lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique (sans application d'énergie ultrasonique directement à l'orifice) lorsque l'orifice de sortie reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre et évacue le liquide hors du logement de buse. De préférence, le moyen d'application d'énergie ultrasonique est une sonotrode immergée ayant un axe d'excitation mécanique longitudinale et dans lequel celle des extrémités de la sonotrode qui est située dans le logement de buse à la plus courte distance de l'orifice est à proximité immédiate de l'orifice de sortie mais n'applique pas directement d'énergie ultrasonique audit orifice de sortie.
La présente invention vise par conséquent un procédé d'auto-nettoyage d'un orifice de sortie d'un ensemble de filière. Le procédé comprend les étapes de fourniture d'un liquide pressurisé à l'ensemble de buse décrit ci-dessus d'excitation des moyens d'application d'énergie ultrasonique (disposés dans l'ensemble de buse) par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre sans appliquer d'énergie ultrasonique directement audit orifice ; et d'évacuation du liquide pressurisé hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse pour éliminer les obstructions qui autrement pourraient bloquer l'orifice de sortie, de telle sorte que l'orifice de sortie est nettoyé.
Un aspect de la présente invention couvre un appareil d'émulsification d'un liquide pressurisé à composants multiples. D'une manière générale, l'appareil d'émulsification a la configuration de l'appareil décrit ci-dessus et l'orifice de sortie est adapté à émulsionner un liquide pressurisé à composants multiples lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit le liquide pressurisé à composants multiples depuis la chambre. Le liquide pressurisé à composants multiples peut ensuite être évacué hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse. L'étape ajoutée peut augmenter 1' émulsification.
La présente invention vise également un procédé d'émulsification d'un liquide pressurisé à composants multiples. Le procédé inclut les étapes de fourniture d'un liquide pressurisé à l'ensemble de buse décrit ci-dessus, d'excitation de moyens d'application d'énergie ultrasonique (disposés à l'intérieur de l'ensemble de buse) par de l'énergie ultrasonique, tandis que l'orifice de sortie reçoit du liquide pressurisé provenant de la chambre, sans application d'énergie ultrasonique directement à l'orifice de sortie ; et d'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse de telle sorte que le liquide est émulsionné.
La présente invention couvre un appareil de production d'un jet pulvérisé de liquide. D'une façon générale, l'appareil de production de jet pulvérisé a la configuration de l'appareil décrit ci-dessus et l'orifice de sortie est adapté à produire un jet pulvérisé de liquide lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre et évacue le liquide hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse. L'appareil peut être adapté à fournir un jet pulvérisé atomisé de liquide (c'est-à-dire un jet pulvérisé très fin ou un jet pulvérisé de gouttelettes très petites).
L'appareil peut être adapté à produire un jet pulvérisé de liquide uniforme et conique. Par exemple, l'appareil peut être adapté à produire un jet pulvérisé conique de liquide ayant une densité ou une distribution de gouttelettes relativement uniformes dans tout le jet pulvérisé conique.
En variante, l'appareil peut être adapté à produire des tracés irréguliers de jets pulvérisés et/ou de densités ou distributions de gouttelettes irrégulières dans l'ensemble du jet pulvérisé conique.
La présente invention vise également un procédé de production d'un jet pulvérisé de liquide. Le procédé comprend les étapes de fourniture d'un liquide pressurisé à l'ensemble de buse décrit ci-dessus ; d'excitation de moyens d'application d'énergie ultrasonique (disposés dans l'ensemble de buse) par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit le liquide pressurisé depuis la chambre, sans appliquer d'énergie ultrasonique directement à l'orifice de sortie ; et d'évacuation du liquide au travers de l'orifice de sortie de la pointe de buse pour produire un jet pulvérisé de liquide. Selon le procédé de l'invention, les conditions peuvent être réglées pour produire un jet pulvérisé atomisé de liquide, un jet pulvérisé uniforme et conique, des jets pulvérisés ayant un tracé irrégulier et/ou des jets pulvérisés ayant des densités irrégulières.
La présente invention vise également un appareil de cavitation d'un liquide pressurisé. D'une manière générale, l'appareil de cavitation a la configuration de l'appareil décrit ci-dessus et il est adapté à créer une cavitation dans un liquide pressurisé lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit le liquide pressurisé depuis la chambre et évacue le liquide hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse.
La présente invention vise également un procédé de cavitation d'un liquide pressurisé. Le procédé comprend les étapes de fourniture d'un liquide pressurisé à l'ensemble de buse décrit ci-dessus ; d'excitation d'un moyen d'application d'énergie ultrasonique (situé dans l'ensemble de buse) par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie reçoit le liquide pressurisé depuis la chambre, sans appliquer d'énergie ultrasonique directement à l'orifice de sortie ; et d'évacuation du liquide pressurisé hors de l'orifice de sortie de la pointe de buse de telle sorte que le liquide pressurisé subit une cavitation tandis qu'il est reçu depuis la chambre et évacué hors de l'orifice de sortie.
Il est prévu que l'appareil et le procédé selon l'invention aient une grande diversité d'applications dans lesquelles un liquide pressurisé traverse un orifice. Par exemple, l'appareil et le procédé peuvent être utilisés dans des injecteurs de carburants pour systèmes de combustion à un carburant liquide. Des exemples de tels systèmes de combustion comprennent, sans que cela soit limitatif, les chaudières, les fours de grillage, les fours industriels et domestiques et les incinérateurs. Nombreux sont ces systèmes qui utilisent des carburants liquides lourds pouvant être traités avantageusement par le procédé et l'appareil selon la présente invention.
Les moteurs à combustion interne constituent d'autres applications dans lesquelles l'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent être utilisés avec des injecteurs de carburants. Par exemple, l'appareil et le procédé peuvent être utilisés dans des injecteurs de carburants pour les moteurs à essence et diesel, à pistons, alternatifs et écoulement discontinu. Plus particulièrement, un moyen adapté à délivrer des vibrations ultrasoniques est incorporé dans un injecteur de carburant.
L'élément vibrant est placé de façon à être en contact avec le carburant tandis qu'il pénètre dans un orifice de sortie. L'élément vibrant est aligné de telle sorte que l'axe de ses vibrations soit parallèle à l'axe de l'orifice. Immédiatement avant que le carburant liquide pénètre dans l'orifice de sortie, l'élément vibrant en contact avec le carburant liquide applique de l'énergie ultrasonique au carburant. Les vibrations apparaissent modifier la viscosité apparente et les caractéristiques d'écoulement du carburant liquide, ce qui se traduit par un débit d'écoulement amélioré et/ou une atomisation améliorée du courant de carburant tandis qu'il pénètre dans le cylindre. Les vibrations provoquent également la rupture et l'évacuation des contaminants susceptibles de colmater l'orifice de sortie. Les vibrations peuvent également provoquer une émulsification du carburant liquide avec d'autres composants (par exemple des composants liquides) ou des additifs qui peuvent se trouver dans le courant de carburant.
L'appareil et le procédé peuvent être utilisés dans des injecteurs de carburant pour moteurs à écoulement continu tels que des moteurs thermiques Sterling ou des moteurs à turbines à gaz. De tels moteurs à turbines à gaz peuvent comprendre des moteurs à réaction de couple, tels que des moteurs principaux et auxiliaires pour aéronefs, des centrales de co-génération et d'autres machines motrices. D'autres moteurs à turbines à gaz peuvent comprendre les moteurs à réaction de poussée, tels que les moteurs pour aéronefs, du type jet.
L'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent être utilisés pour émulsionner des carburants liquides à composants multiples ainsi que des additifs pour carburants liquides et des contaminants aux points où les carburants liquides sont introduits dans le système de combustion (par exemple le moteur à combustion interne)
Par exemple, l'eau entraînée dans certains carburants peut être émulsionnée de telle sorte que le mélange carburant/eau sera utilisé dans le système de combustion.
On peut également émulsionner des carburants mélangés et/ou des mélanges de carburants comprenant des composants tels que, par exemple, du méthanol, de l'éthanol, du fioul, du gaz propane liquide, du bio-fioul et analogues.
La présente invention peut présenter des avantages pour les moteurs à carburants multiples en ce sens qu'elle peut être utilisée pour rendre compatibles les caractéristiques de débit (par exemple les viscosités apparentes) des carburants différents pouvant être utilisés dans de tels moteurs à carburants multiples.
L'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent également être utilisés pour fournir une maîtrise de l'écoulement à la fois dans des systèmes hydrauliques à circuit ouvert et à circuit fermé. Des exemples d'applications comprennent, sans que cela soit limitatif, les transmissions automobiles, les embrayages, les amortisseurs et les systèmes de freinage anti-blocage ; les systèmes hydrauliques et entraînements pour la construction et les équipements agricoles ; les équipements de commande de processus industriels, les amplificateurs et commutateurs hydrauliques ; les systèmes hydrauliques utilisés en robotique y compris, sans que cela soit limitatif, les systèmes conçus pour fournir une commande de pression précise via un soutirage, des variations de vitesse sans à-coup et un arrêt de déplacement sans choc.
L'amélioration de l'écoulement des liquides visqueux permet d'autres applications pour l'appareil et le procédé selon la présente invention. Par exemple, la présente invention peut être utilisée pour améliorer l'écoulement de bitumes fondus, de peintures visqueuses, d'adhésifs fusibles, de sirops, d'huiles lourdes, d'émulsions, de bouillies et de suspensions, et analogues.
Il est également prévu que l'appareil et le procédé selon la présente invention puissent être utilisés pour maîtriser la vitesse de changement de phase de réfrigérants liquides en utilisant des équipements tels que, par exemple, des soupapes d'expansion thermique commandées par ultrasons.
L'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent également apporter des avantages dans le transfert de masse et/ou les opérations de remplissage de conteneurs pour une diversité de produits alimentaires, en particulier des produits alimentaires qui ont tendance à être visqueux.
Par exemple, il est prévu que la présente invention puisse être utilisée dans des opérations simultanées de traitement et de remplissage d'émulsions de produits alimentaires comprenant, sans que cela soit limitatif, la mayonnaise, les assaisonnements pour salades, les pâtes à tartiner ou analogues.
L'appareil et le procédé selon la présente invention peuvent également apporter des avantages dans des opérations de pulvérisation, par exemple, des pulvérisations agricoles, des pulvérisations de peinture, des machines de projection de neige artificielle, des humidificateurs par pulvérisation et analogues. La présente invention peut également fournir un degré de contrôle sur le jet pulvérisé y compris, sans que cela soit limitatif, sur des caractéristiques telles que la taille des gouttelettes, l'uniformité de la taille des gouttelettes, la forme du tracé de pulvérisation et/ou l'uniformité de la densité de pulvérisation.
Comme indiqué ci-dessus, la présente invention concerne également des fibres de polymères thermoplastiques et des procédés de formation d'une fibre à partir d'un polymère thermoplastique. Le procédé, tel que visé par la présente invention, implique tout d'abord la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu et son extrusion au travers d'un orifice de sortie, par exemple un orifice d'extrusion) dans un ensemble de filière pour former un filet. L'ensemble de filière est l'appareil déjà décrit. Le moyen d'application d'énergie ultrasonique est au moins partiellement entouré par le polymère thermoplastique fondu et il est adapté à appliquer de l'énergie ultrasonique au polymère thermoplastique fondu tandis qu'il pénètre dans l'orifice d'extrusion. Tandis que le polymère thermoplastique fondu est en cours d'extrusion, le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique. Le filet extrudé est ensuite aminci pour former une fibre.
En général, le procédé de fourniture d'un polymère thermoplastique fondu, d'extrusion du polymère et d'amincissement du filet provenant de l'extrusion du polymère sont des opérations qui sont toutes mises en oeuvre selon des procédures et des techniques qui sont bien connues de l'homme de l'art. Par exemple, l'amincissement d'un filet pour former une fibre peut être accompli par des moyens mécaniques ou par entraînement de la fibre dans un fluide. Ce dernier procédé sera utilisé habituellement lorsque la fibre est destinée à former une nappe non tissée. En d'autres termes, la formation d'une nappe non tissée à partir de la fibre implique la mise en contact du filet avec un courant de fluide qui amincit le filet et le transforme en fibre. Le filet aminci, ou fibre, est ensuite déposé de façon aléatoire sur une surface collectrice.
Des nappes non tissées peuvent également être préparées en extrudant le polymère thermoplastique fondu sous la forme d'un filet continu, en amincissant le filet par voie mécanique, en réunissant une série de filets amincis en un câble, en coupant le câble en fibres dites "coupées" (avec ou sans traitement supplémentaire tel que frisures, faux retordage, ou analogues) , et en cardant les fibres coupées pour en faire une nappe non tissée qui est ultérieurement liée par des moyens connus.
Dans certaines conditions, l'application d'énergie ultrasonique à une portion du polymère thermoplastique, c'est-à-dire à la portion du polymère thermoplastique pénétrant dans l'orifice d'extrusion, peut conduire à la formation de bulles d'un gaz dans le filet extrudé. Les bulles demeurent tandis que le filet refroidit et, par suite, elles se trouvent piégées. Lors de l'amincissement du filet, les bulles se trouvent allongées ou étirées.
En général, les bulles d'un gaz sont formées dans le filet extrudé dans des conditions qui sont suffisantes pour maintenir une cavitation. La cavitation est un phénomène connu qui se produit dans les liquides soumis à un fort champ ultrasonique. Dans les liquides, la cavitation vise la formation, dans le liquide, de bulles gazeuses ou de vapeurs qui se dilatent et se contractent en réponse à une pression alternative de haute fréquence du champ sonore.
Cependant, la formation de bulles dans le polymère thermoplastique fondu a été surprenante compte tenu de la très forte pression de vapeur et de la viscosité relativement élevée du polymère fondu.
La cavitation du polymère thermoplastique fondu apparaît être fonction du niveau d'excitation ultrasonique et du débit d'écoulement du polymère thermoplastique fondu dans l'orifice d'extrusion. Par exemple, à un débit donné d'écoulement, ou à un rendement donné, la cavitation peut habituellement être induite en augmentant le niveau de l'excitation ultrasonique, bien qu'il y ait habituellement un débit d'écoulement au-dessus duquel la cavitation ne peut pas être induite.
En raison de la présence de bulles de gaz dans la fibre, la fibre a une densité qui est inférieure à celle d'une fibre, autrement identique, dépourvue de bulles de gaz piégées. Par exemple, la densité d'une telle fibre peut être inférieure à environ 90% de la densité d'une fibre, sinon identique, dépourvue de bulles de gaz piégées. Selon un autre exemple, la densité d'une telle fibre peut être comprise dans une gamme allant d'environ 20 à environ 90% de la densité d'une fibre, sinon identique, dépourvue de bulles de gaz piégées.
La présente invention est davantage décrite par les exemples suivants. Ces exemples n'ont cependant aucun caractère limitatif. Telle qu'utilisée dans les exemples, l'expression "débit d'écoulement de la masse fondue" vise le débit d'écoulement de la masse fondue tel que mesuré selon le procédé ASTM D-1238. L'expression "débit d'écoulement" est utilisée pour identifier le débit d'écoulement déterminé expérimentalement du liquide pressurisé (par exemple, du polymère thermoplastique fondu, de l'huile ou analogues) à travers un orifice de sortie
(par exemple un orifice d'extrusion) d'un appareil selon l'invention.
Exemple
Le polymère utilisé était un polypropylène ayant une débit d'écoulement de la masse fondue de 400 grammes par 10 minutes, ou g/10 min. (Himont HH-441, Himont Company,
Wilmington, Delaware, USA) dépourvu d'additif de transformation de la masse fondue. On a fait fondre le polymère dans une extrudeuse à fonctionnement discontinu et pression constante fabriqué par Alex James and Associates,
Greenville, South Carolina, USA. Les composants principaux de l'extrudeuse consistaient en un cylindre de pression ayant une longueur approximative de 80 mm (3 pouces) et un alésage axial d'un diamètre d'environ 25 mm (1,0 pouce). Un piston de pressurisation d'un diamètre d'environ 25 mm
(1,0 pouce) et d'environ 100 mm (4 pouces) de longueur était adapté dans l'extrémité du cylindre et étanchéifié par une bague de presse-étoupe. L'extrémité opposée du cylindre était munie d'une bride fixée par des boulons et qui recevait un filtre et un joint, et d'un moyen pour connecter une conduite à la sortie de l'ensemble à cylindre. En fonctionnement, l'ensemble à cylindre était chauffé en le serrant dans un manchon garni de cartouches de chauffage noyées dans ledit manchon. La température du cylindre était détectée par un thermocouple en contact avec la surface extérieure du cylindre. La charge fondue dans le cylindre était mise sous pression en introduisant le piston à force dans le cylindre. Cette force était fournie par un bélier hydraulique. La pression du système était contrôlée par une jauge de pression sur une ligne hydraulique conduisant au bélier.
Tandis que le piston était introduit à force dans le réservoir, sous pression constante, le polymère fondu sortait à travers une sortie à l'autre extrémité du réservoir dans un tube en acier inoxydable d'un diamètre d'environ 6,4 mm (1/4 pouce) et d'environ 10 cm de longueur
(4 pouces). Le tube était connecté à l'entrée (par exemple l'orifice d'entrée) d'un appareil selon la présente invention tel que représenté à la figure 1.
Si l'on se réfère de nouveau à la figure 1, le logement de filière 102 de l'appareil était un cylindre ayant un diamètre extérieur d'environ 34,9 mm
(1,375 pouce), un diamètre intérieur d'environ 22,2 mm
(0,875 pouce) et une longueur d'environ 78,4 mm (3,086 pouces). La portion extérieure d'environ 7,9 mm
(0,312 pouce) de la seconde extrémité 108 du logement de filière était filetée de filets ayant un pas de 16.
L'intérieur de la seconde extrémité avait un bord biseauté 126, ou chanfrein, s'étendant depuis la face 128 de la seconde extrémité en direction de la première extrémité 106 sur une distance d'environ 3,2 mm (0,125 pouce). Le chanfrein réduisait le diamètre interne du
Une pointe de filière 136 était située dans l'ouverture filetée de la première extrémité. La pointe de filière consistait en un cylindre fileté 138 ayant une portion 140 formant épaulement circulaire. L'épaulement avait une épaisseur d'environ 3,2 mm (0,125 pouce) et il comportait deux faces parallèles (non représentées) espacées d'environ 12,7 mm (0,5 pouce). L'orifice de sortie 112 (également appelé orifice d'extrusion) était percé dans l'épaulement et s'étendait en direction de la portion filetée sur une distance d'environ 2,2 mm (0,087 pouce). Le diamètre de l'orifice d'extrusion était d'environ 0,37 mm
(0,0145 pouce). L'orifice d'extrusion se terminait à l'intérieur de la pointe de filière dans une portion vestibulaire 142 ayant un diamètre d'environ 3,2 mm
(0,125 pouce) et une portion tronconique 144 qui réunissait la portion vestibulaire à l'orifice d'extrusion. La paroi de la portion tronconique faisait un angle de 300 par rapport à la verticale. La portion vestibulaire s'étendait depuis l'orifice d'extrusion jusqu'à l'extrémité de la portion filetée de la pointe de filière, connectant ainsi la chambre définie par le logement de filière avec l'orifice d'extrusion.
Le moyen d'application d'énergie ultrasonique était constitué de la sonotrode 116. la sonotrode était usinée pour résonner à une fréquence de 20 kHz. La sonotrode avait une longueur d'environ 132,0 mm (5,198 pouces) laquelle longueur est égale à la moitié de la longueur d'onde résonnante, et un diamètre d'environ 19,0 mm (0,75 pouce).
La face 146 de la première extrémité 118 de la sonotrode était percée et martelée pour former un téton (non représenté) d'environ 9,5 mm (3/8 pouce). La sonotrode était usinée de façon à présenter une collerette 148 au niveau du point nodal 122. La collerette avait une largeur d'environ 2,4 mm (0,094 pouce) et elle s'étendait vers l'extérieur à partir de la surface cylindrique de la sonotrode sur environ 1,6 mm (0,062 pouce). Par conséquent, le diamètre de la sonotrode au niveau de la collerette était d'environ 22,2 mm (0,875 pouce). La seconde extrémité 120 de la sonotrode se terminait en une petite pointe cylindrique 150 d'environ 3,2 mm (0,125 pouce) de long et d'environ 3,2 mm (0,125 pouce) de diamètre. Une telle pointe était séparée du corps cylindrique de la sonotrode par une portion en tronc de parabole 152 d'approximativement 13 mm (0,5 pouce) de longueur. En d'autres termes, la courbe de cette portion tronquée, telle qu'observée en coupe transversale, avait une forme parabolique. La face de la petite pointe cylindrique était normale à la paroi cylindrique de la sonotrode et elle était située à environ 10 mm (0,4 pouce) de l'orifice d'extrusion. Ainsi, la face de la pointe de la sonotrode, c'est-à-dire la seconde extrémité de la sonotrode, était située immédiatement au-dessus de l'ouverture vestibulaire dans l'extrémité filetée de la pointe de filière.
La première extrémité 108 du logement de filière était fermée de façon étanche par un bouchon fileté 154 qui servait également à maintenir en place la sonotrode. Le filetage s'étendait vers le haut en direction du sommet du bouchon sur une distance d'environ 7,9 mm (0,312 pouce). Le diamètre extérieur du bouchon était d'environ 50,8 mm
(2,00 pouces) et la longueur ou l'épaisseur du bouchon était d'environ 13,5 mm (0,531 pouce). L'ouverture du bouchon était dimensionnée de façon à pouvoir recevoir la sonotrode ; c'est-à-dire que l'ouverture avait un diamètre d'environ 19,0 mm (0,75 pouce). Le bord de l'ouverture du bouchon formait un chanfrein 156 qui constituait l'image dans un miroir du chanfrein prévu sur la seconde extrémité du logement de filière. L'épaisseur du bouchon au niveau du chanfrein était d'environ 3,2 mm (0,125 pouce) ce qui laissait un espace entre l'extrémité du filetage et le bas du chanfrein d'environ 2,4 mm (0,094 pouce), lequel espace était identique à la longueur de la collerette de la sonotrode. Le diamètre d'un tel espace était d'environ 28,0 mm (1,104 pouce). Le sommet 158 du bouchon était percé de quatre trous (non représentés) de 6,35 mm (1/4 pouce) de diamètre x 6,35 mm (1/4 pouce) de profondeur à des intervalles de 90 pour recevoir une clé à aiguilles.
Ainsi, la collerette de la sonotrode était comprimée entre les deux chanfreins lors du serrage du bouchon, fermant ainsi de façon étanche la chambre définie par le logement de filière.
Un guide d'ondes allongé en aluminium Branson ayant un rapport d'excitation mécanique entrée:sortie de 1:1,5 était couplé à la sonotrode au moyen d'un téton d'environ 9,5 mm (3/8 pouce). Au guide d'ondes allongé était couplé un transducteur piézo-électrique, à savoir un convertisseur
Branson modèle 502 qui était alimenté par une alimentation en énergie Branson modèle 1120 fonctionnant à 20 kHz
(Branson Sonic Power Company, Danbury, Connecticut, USA)
La consommation de puissance était contrôlée par un wattmètre Branson modèle 410A.
Le tube en acier inoxydable conduisant depuis le réservoir jusqu'au logement de filière et le logement de filière lui-même étaient enveloppés par un ruban flexible de chauffage qui fixait un thermocouple tant au tube qu'au logement de filière. Le réservoir était maintenu à une température d'environ 177"C, et le tube et le logement de filière étaient respectivement maintenus à une température d'approximativement 1900C et de 260aC. La température de la pointe de filière était d'environ 1900C, telle que mesurée par un pyromètre tenu à la main, à savoir un thermomètre numérique Digi-Sense Type K (Cole-Parmer Instrument
Company, Niles, Illinois, USA) ; on a constaté que la température du polymère extrudé était d'environ 2490C. Une pression hydraulique de 10,34.105 N (150 livres/pouce2) a ensuite été appliquée par le bélier hydraulique au piston.
Lorsqu'a débuté l'écoulement du polymère fondu depuis l'orifice d'extrusion, on a recueilli un échantillon correspondant à un écoulement de deux minutes dans une cuve d'échantillonnage en aluminium tarée et maintenue environ 5 cm (environ 2 pouces) au-dessous de la pointe de filière.
La cuve d'échantillonnage a été repesée et le débit d'écoulement du polymère extrudé a été calculé en g/mn. La puissance ultrasonique a ensuite été mise sur "marche" en réglant la puissance à 100%, ce qui se traduit par une charge de sortie de 80 watts. Un échantillon a été prélevé et le débit d'écoulement a été calculé comme précédemment.
Lorsque que la sonotrode n'était pas alimentée en puissance, le débit d'écoulement était de 0,05 g/mn.
Lorsqu'une puissance de 100% était appliquée à la sonotrode, le débit d'écoulement était de 0,345 g/mn, alors même que la pression d'extrusion était constante dans les deux expériences. A la même pression d'extrusion, le débit d'écoulement était augmenté d'environ 7 fois par l'application d'énergie ultrasonique selon la présente invention.
Lorsque l'on a prélevé l'échantillon auquel était appliqué de la puissance ultrasonique, on a constaté que la lecture du wattmètre était légèrement instable et que des changements dans les harmoniques audibles émanant de la sonotrode semblaient correspondre au tracé des variations de puissance. Ces observations indiquaient que le débit d'écoulement extrêmement faible permettait à une cavitation de se produire à l'interface sonotrode/polymère. Un examen microscopique ultérieur de la fibre extrudée recueillie dans la cuve d'échantillonnage a révélé la présence de bulles dans la fibre, évidemment formées par l'extraction de gaz par cavitation à partir de la masse fondue. Une photomicrographie de la fibre est représentée à la figure 2. En outre, les fibres formées sous l'influence des ultrasons et étirées par gravité ont été recueillies dans une cuve située approximativement à environ 1,2 m (4 pieds) au-dessous de la pointe de filière. Une microphotographie de ces fibres, reproduite comme figure 3, montre que les bulles entraînées dans ces fibres ont été allongées de plusieurs fois par rapport à leurs diamètres.
Exemple2
On a répété le mode opératoire de l'exemple 1, excepté que le polymère utilisé était un polypropylène ayant un débit d'écoulement de la masse fondue de 30 g/10 mn (Escorene PP-3445, Exxon Chemical Americas,
Houston, Texas 77079, USA) et dépourvu d'additif de traitement de la masse fondue, et le guide d'ondes allongé a été remplacé par un guide d'ondes ayant un rapport d'excitation mécanique entrée:sortie de 1:1. En outre, on a ajouté au système d'extrusion des jauges hydrauliques et pneumatiques de précision, ainsi qu'un régulateur de pression d'air de précision. On a également fixé à la pointe de filière une couche d'environ 6,4 mm (1/4 pouce) d'épaisseur d'une plaque d'isolation minérale rigide pour réduire au minimum les pertes de chaleur.
On a effectué six essais dont les conditions et les résultats sont résumés dans le tableau 1. Dans ce tableau, la colonne "Pression" indique la pression hydraulique s 2 exprimée en 10 N et, entre parenthèses, en livres/pouce comme il est décrit à l'exemple 1 ; la colonne "Temp." identifie la température respective de l'extrudeuse, de la conduite et du logement de filière en OC comme il est décrit dans l'exemple 1 ; la colonne "k" sous l'en-tête "Puissance" se réfère au pourcentage de la puissance ultrasonique maximale appliqué à la sonotrode ; la colonne "Watts" sous l'en-tête "Puissance" se réfère à la consommation de puissance pour un réglage donné de puissance ; et la colonne "Débit" se réfère au débit d'écoulement mesuré pour chaque essai et exprimé en g/mn.
Tableau 1
Résumé des essais avec Escorene PP-3445
Puissance
Essai Pression Temp. Co Watts Débit
1 10,34 (150) 249 0 0 1,62
50 50 1,90
100 80 3,50
2 10,34 (150) 232 0 0 1,16
50 50 1,38 a
100 80 1,74
3 10,34 (150) 221 0 0 0,44
50 50 0,59a
100 80 0,60
4 13,79 (200) 221 0 0 2,18
50 45 2,64a
a
100 80 4,14
5 13,79 (200) 232 0 0 1,24
50 45 2,50
a
100 80 3,50
a
6 13,79 (200) 249 0 0 1,35a
50 45 2,63
100 80 4,35
aCavitation et rupture de courant (formation de bulles)
Du fait que chaque essai nécessite le démontage de l'extrudeuse pour charger le réservoir en polymère, il était difficile de réassembler l'extrudeuse sans introduire certaines variations dans le serrage de la bague de presseétoupe du piston, l'adaptation du piston dans le cylindre, l'enveloppement du tube en acier inoxydable et du logement de filière par le ruban de chauffage, et la commande manuelle des températures du tube et du logement de filière. De telles variables, ainsi que d'autres, empêchent d'effectuer une comparaison rigoureuse d'un essai à un autre. Cependant, les tendances que montre chaque exemple, ainsi que des observations générales entre essais, sont significatives.
Il est évident que l'application d'énergie ultrasonique augmente le débit d'écoulement du polymère fondu à travers l'orifice d'extrusion, indépendamment de la pression ou de la température d'extrusion. L'étendue de l'amélioration apparaît être fonction à la fois de la pression et de la température d'extrusion. En d'autres termes, tant l'augmentation de la pression que de la température augmentent le débit d'écoulement, bien que l'effet de la pression paraisse être plus important.
Exemple3
Dans cet exemple, l'extrudeuse à fonctionnement discontinu et pression constante utilisée dans les deux exemples précédents a été remplacée par un applicateur avec zone de chauffe progressive, modèle GM-25-1, obtenu auprès de J & M Laboratories Inc. de Dawsonville, Georgia, USA. Le dispositif a la capacité de traiter jusqu'à environ 11 kg de polymère par heure (25 livres de polymère par heure) et il a une pompe à engrenage à vitesse variable intégrée ayant un déplacement de 1,752 cm3 par tour. La température de la masse en fusion était réglée dans deux zones, à savoir la fusion préalable et la fusion principale. La pression était limitée et réglée par une soupape à dérivation variable interne et elle était indiquée par une lecture numérique par incrément de 0,70.105 N
(10 livres/pouce2) . La vitesse d'entraînement de la pompe était commandée par un potentiomètre monté sur un tableau.
L'applicateur avec zone de chauffe progressive était utilisé pour fondre les polymères et les mettre sous pression. Il éliminait le besoin de démonter l'équipement entre les essais, contrairement à ce qui était nécessaire dans les exemples précédents. Le premier polymère utilisé était du Escorene PP-3445 (Essais 1-18, bornes incluses) et le second était du Himont HH-441 (Essais 19-42, bornes incluses) . La vitesse d'entraînement de la pompe était réglée arbitrairement à approximativement 30% de la gamme du potentiomètre, et la pression était réglée et maîtrisée au moyen de la valve à dérivation. Un tube en acier inoxydable d'une longueur d'environ 23 cm (9 pouces) et d'un diamètre d'environ 6,4 mm (1/4 pouce) était fixé entre la sortie de l'applicateur avec zone de chauffe progressive et l'entrée du logement de filière. Le tube et la coupelle d'extrusion étaient enveloppés d'un ruban de chauffage en deux zones, et les deux zones étaient réglées et commandées par des moyens de commande de chauffage automatique. Toutes les zones de chauffage tant dans l'applicateur avec zone de chauffe progressive que dans l'appareil d'extrusion étaient réglées au même point. En outre, la pression de l'applicateur avec zone de chauffe progressive était réglée uniquement au début de chaque série d'essai. Les résultats des essais sont résumés dans les tableaux 2 et 3. Dans les tableaux, la colonne "Pression" indique la pression de l'applicateur avec zone de chauffe progressive exprimée en s 2 105 N, et entre parenthèses en livres/pouces ; la colonne "Temp." indique le réglage de la température en OC de toutes les zones de chauffage ; la colonne " " sous l'entête "Puissance" se réfère au pourcentage de la puissance ultrasonique maximum appliquée à la sonotrode ; la colonne "Watts" sous l'en-tête "Puissance" indique la consommation de puissance pour un réglage donné de puissance, et la colonne "Débit" indique le débit d'écoulement mesuré pour chaque essai et exprimé en g/mn.
Tableau 2
Résumé des essais avec Escorene PP-3445
Puissance
Essai Pression Temp. k Watts Débit
1 24,12a(350) 188 0 0 0,76
2 24,12 (350) 188 30 40 1,66
3 23,43 (340) 188 40 50 2,08
4 23,43 (340) 194 0 0 0,76
5 23,43 (340) 194 30 40 1,56
6 23,43 (340) 194 40 50 2,01
7 24,12 (350) 182 0 0 0,68
8 24,12 (350) 182 30 40 1,38
9 23,43 (340) 182 40 50 1,85
10 28,94a(420) 182 0 0 0,97
11 28,94 (420) 182 30 38 1,78
12 28,25 (410) 182 40 50 2,29
13 28,25 (410) 188 0 0 1,02
14 27,56 (400) 188 30 40 1,84
15 27,56 (400) 188 40 50 2,36
16 27,56 (400) 194 0 0 1,06
17 26,87 (390) 194 30 40 1,96
18 26,18 (380) 194 40 50 2,40
a
Réglage de la pression initiale (Applicateur avec zone de chauffe progressive).
Tableau 3
Résumé des essais avec Himont HH-441
Essai Pression Temp. W Watts Débit g/mn
19 24,80a(360) 177 0 0 1,69
20 24,80 (360) 177 40 50 3,33
21 23,43 (340) 177 70 75 4,69
22 22,74 (330) 182 0 0 1,51
23 22,74 (330) 182 44 50 3,16
24 22,05 (320) 182 70 75 4,75
25 23,43 (340) 188 0 0 1,81
26 22,74 (330) 188 40 50 3,53
27 22,05 (320) 188 70 75 4,93
28 23,43 (340) 194 0 0 1,96
29 22,05 (320) 194 40 50 3,95
30 21,36 (310) 194 70 75 5,14
31 34,45a(500) 177 0 0 3,42
32 35,14 (510) 177 40 53 5,42
33 35,14 (510) 177 70 75 7,33
34 34,45 (500) 182 0 0 3,96
35 35,14 (510) 182 40 50 6,17
36 31,69 (460) 182 70 70 7,85
37 34,45 (500) 188 0 0 4,47
38 33,76 (490) 188 40 50 6,72
39 33,76 (490) 188 70 72 9,11
40 35,14 (510) 194 0 0 5,51
41 34,45 (500) 194 40 50 7,99
42 33,76 (490) 194 70 72 10,41
Réglage de la pression initiale (Applicateur avec zone de chauffe progressive).
Les données des tableaux 2 et 3 suggèrent que l'application d'énergie ultrasonique augmente le débit d'écoulement du polymère à travers l'orifice, indépendamment de la température de la masse en fusion, par comparaison avec le débit d'écoulement sans application d'énergie ultrasonique. Pour mieux comprendre les données, cependant, celles-ci ont été tracées sous la forme du réglage de puissance ultrasonique en pourcentage par rapport au débit d'écoulement de la masse fondue observée en g/mn. Le graphique pour les essais 1-9 (tableau 2) constitue la figure 4 et le graphique pour les essais 10-18 (tableau 2) constitue la figure 5. De même, les graphiques pour les essais 19-30 et les essais 31-42 (tableau 3) constituent respectivement les figures 6 et 7. Enfin, la figure 8 est un graphique similaire des données correspondant aux essais 1-3 du tableau 2 et aux essais 1921 du tableau 3.
Les figures 4-7, et en particulier les figures 6 et 7 suggèrent que l'augmentation de la puissance ultrasonique se traduit par des augmentations essentiellement linéaires du débit d'écoulement de la masse fondue à travers l'orifice. De plus, de telles augmentations du débit d'écoulement de la masse fondue se produisent à chaque température d'extrusion étudiée. La figure 8 montre que l'application d'énergie ultrasonique permet l'extrusion d'un polymère ayant un débit d'écoulement de masse fondue de 30 comme s'il s'agissait d'un polymère ayant un débit d'écoulement de masse fondue de 400 qui ne serait pas soumis à l'implication d'énergie ultrasonique.
L'application est naturellement que les bénéfices des polymères ayant de plus faibles débits d'écoulement de masse fondue (c'est-à-dire des polymères de masse moléculaire plus élevée) peuvent être obtenus dans des conditions de traitement habituellement employées pour des polymères ayant des débits d'écoulement de la masse fondue plus élevés. De tels bénéfices comprennent, à titre d'illustration seulement, la production de fibres ayant des points de fusion plus élevés et des caractéristiques plus élevées de résistance à la traction. Inversement, le procédé selon la présente invention permet d'extruder un polymère donné à une température inférieure sans sacrifier le rendement.
Exemple4
Cet exemple illustre la capacité de l'appareil selon la présente invention à éliminer des obstructions susceptibles de bloquer l'orifice d'extrusion. Dans cet exemple, la trémie de l'applicateur avec zone de chauffe progressive a été remplie d'une quantité d'un adhésif fusible sensible à la pression et expérimental, HL-1295 ZP, obtenu auprès de H.B. Fuller Company de St-Paul, Minnesota,
USA. La température d'application recommandée pour cette résine était de 1490C. Les zones de chauffage du dispositif de fusion, du tube et du logement de filière étaient initialement réglées à 1380C. Lorsque les niveaux de température se sont stabilisés, l'entraînement de la pompe a été démarré à environ 15% de sa vitesse totale et une pression de 31,07 .10 N (450 livres/pouce2) a été développée. A ce stade, on n'a pas utilisé de puissance ultrasonique. La température de toutes les zones a ensuite été augmentée à approximativement 1940C, ou 270C au-dessus de la température d'application recommandée pour la résine.
La pression d'extrusion s'est stabilisée aux alentours de 8,96 .10 N (130 livres/pouce2). L'extrudat à ce stade sentait le brulé et fumait. En cinq minutes, l'écoulement s'est interrompu et la pression d'extrusion s'est élevée au-dessus de 27,60 .105 N (400 livres/pouce2). A ce stade, le dispositif de commande de puissance ultrasonique a été réglé à 50% et il a été mis sur marche pendant une seconde.
L'écoulement a immédiatement repris et la pression a chuté au niveau précédent. On pouvait voir des particules noires de matériau carbonisé dans l'extrudat. Dans les cinq minutes, l'écoulement s'est interrompu de nouveau et il a repris lorsque l'on a appliqué de l'énergie ultrasonique comme précédemment. Ce cycle a été répété huit fois de plus. Après chaque répétition, la commande de puissance a été légèrement réduite ; après le dernier cycle, le réglage de la commande de puissance était à 30%, ce qui s'est traduit par une lecture du wattmètre de 35 watts.
L'alimentation en puissance a été laissée sur 30k et l'écoulement a été observé pendant une heure. On a pu voir des particules carbonisées dans l'extrudat, mais l'écoulement est demeuré ininterrompu au cours de l'essai.
Exemple 5
Cet exemple illustre la présente invention appliquée à des liquides s'écoulant relativement librement, tels que, par exemple, des huiles à base d'hydrocarbure. Le dispositif ultrasonique utilisé dans cet exemple est appelé une sonotrode immergée. Une description détaillée d'une sonotrode immergée est donnée, à titre d'exemple, à propos de la figure 1, par la description qui est faite de ladite figure.
Une pompe, un moteur d'entraînement et un dispositif de commande de moteur ont été obtenus auprès de Dayton
Electric Mfg. Company de Chicago, Illinois, USA. La pompe était du type à entraînement hydraulique avec un déplacement de 1,34 cm3 par tour. Le tube, du côté pression du système, était un tube en acier inoxydable de 6,35 mm
(1/4 pouce).
La pointe capillaire avait une ouverture d'orifice de 0,37 mm (0,0145 pouce) de diamètre et une longueur de capillaire de 2,21 mm (0,087 pouce). En conséquence, le capillaire avait un rapport longueur/diamètre (L/D) de 6.
L'ouverture de la pointe opposée au capillaire avait un diamètre de 3,18 mm (0,125 pouce). Les parois de l'ouverture se rétrécissaient selon un angle de 300 jusqu'à ce que l'ouverture atteigne le diamètre voulu pour le capillaire.
Le dispositif ultrasonique était alimenté en puissance par une alimentation en puissance Branson modèle 1120. La puissance consommée était contrôlée par un wattmètre Branson A410A. Le signal ultrasonique de 20 kHz était converti par un convertisseur Branson modèle 502. La sortie du convertisseur était couplée à la sonotrode via un transformateur d'amplitude ultrasonore en aluminium 1:1. Le convertisseur, le transformateur d'amplitude ultrasonore et la sonotrode constituaient l'ensemble ultrasonique.
Un dispositif de commande de puissance Branson modèle
J-4 était installé pour commander la sortie de la fourniture de puissance en pourcentage de la capacité totale de puissance.
L'huile choisie pour les essais était une huile standard visqueuse à base de pétrole, obtenue auprès de
Cannon Instrument Company de State College, Pennsylvania,
USA, nO de code N1000, lot nO 92102. L'huile avait une viscosité à 200C de 4216 mPa.s [centipoises (cP)]; une viscosité de 2716 mPa.s (cP) à 250C ; une viscosité de 839 mPa.s (cP) à 400C ; une viscosité de 235 mPa.s (cP) à 600C ; et une viscosité de 40 mPa.s (cP) à 100 C.
Les essais de débits d'écoulement ont été mis en oeuvre en utilisant la sonotrode immergée ayant une pointe d'un diamètre de 0,37 mm (0,0145 pouce), soit non alimentée en puissance ultrasonique, soit alimentée à 50% de la puissance disponible. La température de l'extrudat a été contrôlée en plaçant un thermocouple à jonction nue dans le courant au sein d'une distance de 6,35 mm (1/4 pouce) de la sortie et par lecture du signal provenant du thermocouple à l'aide d'un pyromètre tenu à la main. Les résultats des essais sont indiqués dans le tableau 4.
Dans le tableau 4, la colonne "Pression" indique la pression exprimée en 105 N (et entre parenthèses en livres/pouce2), la colonne "Pompe" indique la vitesse de la pompe exprimée en tours par minute, la colonne "Masse" indique la masse du liquide testé (par exemple de l'huile) recueillie et est exprimée en grammes, la colonne "Temp." indique la température telle que lue sur le pyromètre tenu à la main, la colonne "Temps" indique la durée au cours de laquelle le liquide a été recueilli et elle est exprimée en secondes, la colonne "Watts" indique la consommation de puissance pour un réglage de puissance donné, et la colonne "Débit" indique le débit d'écoulement mesuré pour chaque essai et exprimé en g/min.
Tableau 4
Débit d'écoulement avec une pointe de 6,35 mm à une
puissance de 0k et de 50% Pression Pompe Masse Temp. . Durée Watts Débit
8,27 (120) 2,9 1,82 67,8 30 0 3,64
9,65 (140) 3,6 2,07 67,4 30 - 4,14 11,02 (160) 3,9 2,34 66,9 30 - 4,68 12,40 (180) 4,3 2,55 66,3 30 - 5,10 13,78 (200) 4,8 2,85 66,0 30 - 5,70 15,16 (220) 5,2 3,07 65,6 30 - 6,14 16,54 (240) 5,9 3,30 65,4 30 - 6,60 17,91 (260) 6,2 3,49 65,1 30 - 6,98
9,65 (140) 25,0 7,96 83,8 15 90,0 31,84 11,02 (160) 34,0 10,96 81,5 15 85,0 43,84 12,40 (180) 50,0 17,97 80,4 15 80,0 71,88 13,78 (200) 53,0 16,32 96,0 15 80,0 64,92 15,16 (220) 62,0 19,62 93,0 15 80,0 78,48
Exemple 6
Cet exemple illustre la présente invention appliquée à la production d'un jet pulvérisé de liquide utilisant le même dispositif ultrasonique (sonotrode immergée) que dans l'exemple 5, réglé selon la même configuration mais avec les exceptions suivantes
On a utilisé deux orifices différents. L'un avait un diamètre de 0,10 mm (0,004 pouce) et une longueur de 0,10 mm (0,004 pouce) (rapport L/D = 1) et l'autre avec un diamètre de 0,25 mm (0,010 pouce) et une longueur de 0,15 mm (0,006 pouce) (rapport L/D = 0,6).
L'huile utilisée était une huile de pompe à vide désignée par le code HE-200, Catalogue nO 98-198-006 disponible auprès de Leybold-Heraeus Vacuum Products, Inc.
de Export, Pennsylvania, USA. La littérature commerciale rapporte que l'huile a une viscosité cinématique de 58,1 mPa.s (cP) à 400C (1040F) et une viscosité cinématique de 9,14 mPa.s (cP) à 1000C (2120F). Les essais de débits d'écoulement ont été mis en oeuvre sur la sonotrode immergée avec les diverses pointes, sans puissance ultrasonique, à 80 watts de puissance et à 90 watts de puissance. Les résultats des essais sont indiqués dans le tableau 5. Dans le tableau 5, la colonne "Pression" indique la pression en 10 N (et entre parenthèses en livres/pouce2) ; la colonne "Pointe" indique le diamètre et la longueur de la pointe capillaire (c'est-à-dire de l'orifice de sortie) exprimés en mm et entre parenthèse en pouces. La colonne "Puissance" indique la consommation de puissance en watts pour un réglage donné de puissance et la colonne "Débit" indique le débit d'écoulement mesuré pour chaque essai, exprimé en g/mn.
Dans tous les essais où le dispositif ultrasonique était alimenté, le courant d'huile s'est instantanément atomisé en un jet pulvérisé uniforme et conique de fine gouttelettes.
Tableau 5
Huile de pompe à vide HE-200
POINTE
Pression Diamètre x Longueur Puissance débit 10,34 (150) 0,10 x 0,10 (0,004 x 0,004) 0 11,8 10,34 (150) 80 12,6 10,34 (150) 90 16,08 17,23 (250) 0,10 x 0,10 (0,004 x 0,004) 0 13,32 17,23 (250) 80 14,52 17,23 (250) 90 17,16 10,34 (150) 0,25 x 0,15 (0,010 x 0,006) 0 20,76 10,34 (150) 80 22,08 10,34 (150) 90 25,80 17,23 (250) 0,25 x 0,15 (0,010 x 0,006) 0 24,00 17,23 (250) 80 28,24 17,23 (250) 90 31,28
Exemple7
Cet exemple illustre la présente invention utilisant le même dispositif ultrasonique (sonotrode immergée) que dans l'exemple 6, réglé selon la même configuration mais avec les exceptions suivantes
On a utilisé deux orifices différents. L'un avait un diamètre de 0,64 mm (0,025 pouce) et une longueur de 1,14 mm (0,045 pouce) (rapport L/D = 1,8) et l'autre avait un diamètre de 0,37 mm (0,0145 pouce) et une longueur de 2,21 mm (0,087 pouce) (rapport L/D = 6).
Le liquide utilisé était un sirop clair de maïs de marque Karo, code de fabrication du produit nO 214A5, disponible auprès de Best Foods Division, CPC
International, Englewood Cliffs, New Jersey, USA. Le sirop de maïs avait une viscosité cinématique de 3392 mPa.s (cP) à 250C.
Les essais de débits d'écoulement ont été mis en oeuvre sur la sonotrode immergée avec les différentes pointes sans puissance ultrasonique, à 90 watts de puissance (20k de la puissance disponible) et à 100 watts de puissance (30% de la puissance disponible) . Les résultats des essais sont indiqués dans le tableau 6. Dans le tableau 6, la colonne "Pression" indique la pression exprimée en 10 N (et entre parenthèses en livres/pouce2) la colonne "k" indique la quantité de puissance consommée exprimée en pourcentage de la puissance disponible ; la colonne "Watts" indique l
Tableau 6
Sirop de maïs
POINTE-Diamètre x longueur 0,64 mm x 1,14 mm (0,025 pouce x 0,045 pouce)
PUISSANCE
Pression W Watts Débit 8,27 (120) - 0 47,12
20 90 81,88
30 100 103,08 1,10 (160) - 0 93,52
20 90 139,72
30 100 170,60
POINTE-Diamètre x longueur : 0,037 mm x 2,21 mm (0,0145 pouce x 0,087 pouce)
PUISSANCE
Pression W Watts Débit 8,27 (120) - 0 19,20
20 90 37,80
30 100 51,48 1,10 (160) - 0 35,04
20 90 59,84
30 100 66,36
Exemple8
Cet exemple illustre la présente invention appliquée à l'émulsification de liquides disparates. Dans cet exemple, une émulsion a été formée à partir d'eau et d'une huile à base d'hydrocarbure. L'huile choisie pour les essais était une huile standard visqueuse à base de pétrole obtenue auprès de Cannon Instrument Company de State
College, Pa, USA, numéro N1000, lot nO 92102.
L'huile a été mise sous pression et alimentée par une pompe, un moteur d'entraînement et un dispositif de commande du moteur comme il est décrit à l'exemple 5. Dans ce cas, la sortie de la pompe était connectée à une tubulure d'un accessoire en T de 6,35 mm. La tubulure parallèle opposée de l'accessoire en T était connectée à l'entrée d'un mélangeur statique ISG d'un diamètre de 12,7 mm (1/2 pouce) à six éléments obtenu auprès de Ross
Engineering, Inc. de Savannah, Georgia, USA. La sortie du mélangeur était connectée à l'entrée du dispositif ultrasonique à sonotrode immergée (voir figure 1). L'eau a été distribuée dans le courant d'huile par une pompe doseuse à piston. La pompe comprenait un cylindre hydraulique d'un diamètre de 14,29 mm (9/16 pouce) avec une course de 127 mm (5 pouces). La tige de piston du cylindre était déplacée par un vérin à vis entraîné par un moteur à vitesse variable via des pignons de réduction. La vitesse du moteur était commandée en utilisant un dispositif de commande du moteur. L'eau était acheminée depuis le cylindre vers la troisième tubulure du T par un tuyau flexible. L'extrémité de sortie du tuyau flexible était munie d'une longueur de tube en acier inoxydable d'un diamètre intérieur d'environ 0,76 mm (0,030 pouce) qui, avec le tuyau flexible installé sur le T, se terminait au centre approximatif du courant d'écoulement d'huile (en amont du dispositif ultrasonique).
Le dispositif à sonotrode immergée était équipé d'une pointe ayant un diamètre de 0,37 mm (0,0145 pouce). L'huile s 2 était pressurisée à environ 17,24 .10 N (250 livres/pouce2) créant un débit d'écoulement d'environ 35 g/mn. La pompe doseuse était réglée à environ 3 tours par minute, donnant un débit d'écoulement d'eau de 0,17 cm3/mn. Des échantillons de l'extrudat (c'est-à-dire de la sortie liquide provenant du dispositif ultrasonique) ont été prélevés sans application de puissance ultrasonique et à environ 100 watts de puissance ultrasonique. Les échantillons ont été examinés au microscope optique. L'échantillon qui a traversé le dispositif ultrasonique tandis que celui-ci n'était pas alimenté en puissance contenait des gouttelettes d'eau largement dispersées dont le diamètre était compris dans la gamme approximative 50300 micromètres. L'échantillon qui était passé au travers du dispositif ultrasonique tandis qu'il recevait 100 watts de puissance (c'est-à-dire l'échantillon traité ultrasoniquement) était une émulsion qui contenait une population dense de gouttelettes d'eau dont le diamètre était compris dans la gamme approximative allant de 5 à moins de un micromètre.

Claims (88)

REVENDICATIONS
1 - Appareil pour augmenter le débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à évacuer
le liquide hors du logement de buse (102) et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104) sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse
(136), ledit moyen d'application d'énergie ultrasonique étant situé dans la chambre (104).
2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'application d'énergie ultrasonique est une sonotrode (116) immergée.
3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) est constitué d'une pluralité d'orifices de sortie
4 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) est constitué d'un unique orifice de sortie.
5 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) a un diamètre compris entre environ 0,0025 mm (environ 0,0001 pouce) et environ 2,54 mm (environ 0,1 pouce).
6 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) a un diamètre compris entre environ 0,0254 mm (environ 0,001 pouce) et environ 0,254 mm (environ 0,01 pouce).
7 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) est un capillaire de sortie.
8 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capillaire de sortie a un rapport longueur:diamètre compris entre environ 4:1 et environ 10:1.
9 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 100 kHz.
10 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) est autonettoyant.
11 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il adapté à émulsionner un liquide pressurisé à composants multiples.
12 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il adapté à produire un jet pulvérisé de liquide.
13 - Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est adapté à produire un jet pulvérisé atomisé de liquide.
14 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il adapté à produire une cavitation du liquide pressurisé.
15 - Appareil pour augmenter le débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) ayant une première extrémité (106) et une seconde extrémité (108) et définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide
pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant situé dans la première
extrémité (106) du logement de buse (102) et
adapté à recevoir le liquide pressurisé depuis
la chambre (104) et à évacuer le liquide hors du
logement de buse (102) le long d'un premier axe
(114) ; et,
- une sonotrode (116) ayant une première extrémité (118) et une seconde extrémité (120) et adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud (122) et un axe d'excitation mécanique longitudinale (124), la sonotrode (116) étant située dans la seconde extrémité (108) du logement de buse (102) de façon que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) soit située à l'extérieur du logement de buse (102) et que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) soit située à l'intérieur du logement de buse (102), dans la chambre (104) , et à proximité immédiate de l'orifice de sortie (112) mais n'applique pas d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136).
16 - Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 100 kHz.
17 - Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'axe d'excitation mécanique longitudinale (124) est sensiblement parallèle au premier axe (114).
18 - Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) a une aire en coupe transversale approximativement égale ou supérieure à une aire minimale qui englobe tous les orifices de sortie du logement de buse (102).
19 - Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) est couplée à un moyen vibrateur comme source d'excitation mécanique longitudinale.
20 - Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que le moyen vibrateur est un transducteur piézoélectrique.
21 - Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que le moyen vibrateur est un transducteur magnétostrictif.
22 - Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que le transducteur piézo-électrique est couplé à la sonotrode (116) au moyen d'un guide d'ondes allongé.
23 - Appareil selon la revendication 22, caractérisé en ce que le guide d'ondes allongé a un rapport d'excitation mécanique entrée:sortie compris entre environ 1:1 et environ 1:2,5.
24 - Procédé pour augmenter le débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un liquide pressurisé à un ensemble de buse, ledit ensemble de buse étant composé de
- un logement de buse (102) comprenant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à faire
sortir le liquide hors du logement de buse (102)
et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104)
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104) , sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136) ; et
- l'évacuation du liquide pressurisé par l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136).
25 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que le moyen d'application d'énergie ultrasonique est situé dans la chambre (104).
26 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que le moyen d'application d'énergie ultrasonique est une sonotrode (116) immergée.
27 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) est un capillaire de sortie.
28 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 100 kHz.
29 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 60 kHz.
30 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 25 % supérieur au débit d'écoulement d'un liquide pressurisé identique sortant d'un logement de buse (102) identique au travers d'un orifice de sortie
(112) identique en l'absence d'excitation par de l'énergie ultrasonique.
31 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 75 k supérieur au débit d'écoulement d'un liquide pressurisé identique sortant d'un logement de buse (102) identique au travers d'un orifice de sortie
(112) identique en l'absence d'excitation par de l'énergie ultrasonique.
32 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 200 k supérieur au débit d'écoulement d'un liquide pressurisé identique sortant d'un logement de buse (102) identique au travers d'un orifice de sortie
(112) identique en l'absence d'excitation par de l'énergie ultrasonique.
33 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'augmentation du débit d'écoulement du liquide pressurisé est obtenue en l'absence d'élévation significative de température du liquide pressurisé.
34 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'augmentation du débit d'écoulement du liquide pressurisé est obtenue en l'absence d'élévation significative de la pression fournie au liquide pressurisé.
35 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que les étapes d'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique, tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104), et d'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136) comprennent en outre l'étape d'autonettoyage de l'orifice de sortie (112).
36 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'étape d'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique, tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104), comprend en outre l'étape d'émulsification d'un liquide pressurisé à composants multiples.
37 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'étape d'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136) comprend en outre l'étape de production d'un jet pulvérisé de liquide.
38 - Procédé selon la revendication 37, caractérisé en ce que le jet pulvérisé de liquide est un jet pulvérisé atomisé de liquide.
39 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que les étapes d'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique, tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104), et d'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136) comprennent en outre l'étape de cavitation du liquide pressurisé.
40 - Procédé d'augmentation de l'écoulement d'un liquide pressurisé au travers d'un orifice, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un liquide pressurisé à un ensemble de buse, composé de
- un logement de buse (102) ayant une première extrémité (106) et une seconde extrémité (108) et définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sorte (112) étant situé dans la première
extrémité (106) du logement de buse (102) et
adapté à recevoir le liquide pressurisé depuis
la chambre (104) et à évacuer le liquide hors du
logement de buse (102) le long d'un premier axe
(114) ; et
- une sonotrode (116) ayant une première extrémité (118) et une seconde extrémité (120) et adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud (122) et un axe d'excitation mécanique longitudinale (124) , la sonotrode (116) étant située dans la seconde extrémité (108) du logement de buse (102) de façon que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) soit située à l'extérieur du logement de buse (102) et que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) soit située à l'intérieur du logement de buse (102), dans la chambre (104), et à proximité immédiate de l'orifice de sortie (112)
- l'excitation de la sonotrode (116) par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104) et sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136), et
- l'évacuation du liquide hors de l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136).
41 - Procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (112) est un capillaire de sortie.
42 - Procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 100 kHz.
43 - Procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 25 W supérieur au débit d'écoulement d'un liquide pressurisé identique sortant d'un logement de buse (102) identique au travers d'un orifice de sortie
(112) identique en l'absence d'excitation par de l'énergie ultrasonique.
44 - Procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 75 k supérieur au débit d'écoulement d'un liquide pressurisé identique sortant d'un logement de buse (102) identique au travers d'un orifice de sortie
(112) identique en l'absence d'excitation par de l'énergie ultrasonique.
45 - Procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que le débit d'écoulement du liquide pressurisé est d'au moins environ 200 W supérieur au débit d'écoulement d'un liquide pressurisé identique sortant d'un logement de buse (102) identique au travers d'un orifice de sortie
(112) identique en l'absence d'excitation par de l'énergie ultrasonique.
46 - Appareil d'injection de carburant ultrasonique pour l'injection d'un carburant liquide dans un moteur à combustion interne, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un
carburant liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en carburant liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le
carburant liquide pressurisé depuis la chambre
(104) et à faire sortir le carburant liquide
hors du logement de buse (102) et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du carburant liquide pressurisé dans la chambre (104) sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136), ledit moyen d'application d'énergie ultrasonique étant situé dans la chambre (104).
47 - Appareil d'injection de carburant ultrasonique pour l'injection d'un carburant liquide dans un moteur à combustion interne, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) ayant une première extrémité et une seconde extrémité et définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un
carburant liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en carburant liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant situé dans la première
extrémité du logement de buse (102) et adapté à
recevoir le carburant liquide pressurisé depuis
la chambre (104) et à faire sortir le carburant
liquide hors du logement de buse (102) le long
d'un premier axe (114) ; et,
- une sonotrode (116) ayant une première extrémité
(118) et une seconde extrémité (120) et adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud (122) et un axe d'excitation mécanique longitudinale (124), la sonotrode (116) étant située dans la seconde extrémité du logement de buse (102) de façon que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) soit située à l'extérieur du logement de buse (102) et que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) soit située à l'intérieur du logement de buse (102), dans la chambre (104), et est à proximité immédiate de l'orifice de sortie (112) mais n'applique pas d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136).
48 - Appareil autonettoyant pour augmenter le débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à faire
sortir le liquide hors du logement de buse (102)
et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104) sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse
(136), ledit orifice de sortie (112) étant adapté à être autonettoyant lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé provenant de la chambre (104) et évacue le liquide hors du logement de buse (102).
49 - Appareil autonettoyant pour augmenter le débit d'écoulement d'un liquide pressurisé à travers un orifice, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) ayant une première extrémité et une seconde extrémité et définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide
pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant situé dans la première
extrémité du logement de buse (102) et adapté à
recevoir le liquide pressurisé depuis la chambre
(104) et à faire sortir le liquide hors du
logement de buse (102) le long d'un premier axe
(114) ; et,
- une sonotrode (116) ayant une première extrémité (118) et une seconde extrémité (120) et adapté, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud (122) et un axe d'excitation mécanique longitudinale (124), la sonotrode (116) étant située dans la seconde extrémité du logement de buse (102) de façon que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) soit située à l'extérieur du logement de buse (102) et que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) soit située à l'intérieur du logement de buse (102), dans la chambre (104), et est à proximité immédiate de l'orifice de sortie (112) mais n'applique pas d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136),
ledit orifice de sortie (112) étant adapté à être autonettoyant lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé provenant de la chambre (104) et évacue le liquide hors du logement de buse (102).
50 - Appareil pour émulsionner un liquide pressurisé à composants multiples, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide
pressurisé à composants multiples
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé à composants
multiples ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé à composants multiples depuis la
chambre (104) et à faire sortir le liquide hors
du logement de buse (102) et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé à composants multiples dans la chambre (104) sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136), ledit orifice de sortie (112) étant adapté à émulsionner un liquide pressurisé à composants multiples lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé à composants multiples depuis la chambre (104) et évacue le liquide hors du logement de buse (102).
51 - Appareil pour produire un jet pulvérisé de liquide, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide
pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à faire
sortir le liquide hors du logement de buse (102)
et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104) sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136), ledit orifice de sortie (112) étant adapté à produire un jet pulvérisé de liquide lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104) et évacue le liquide hors du logement de buse (102).
52 - Appareil selon la revendication 51, caractérisé en ce qu'il adapté à produire un jet pulvérisé atomisé de liquide.
53 - Appareil selon la revendication 51, caractérisé en ce qu'il adapté à produire un jet pulvérisé et uniforme conique de liquide.
54 - Appareil pour la cavitation d'un liquide pressurisé, ledit appareil comprenant
- un logement de buse (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide
pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à faire
sortir le liquide hors du logement de buse (102)
et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104) sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse
(136), ledit orifice de sortie (112) étant adapté à produire la cavitation du liquide pressurisé lorsque le moyen d'application d'énergie ultrasonique est excité par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie
(112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104) et évacue le liquide hors du logement de buse (102).
55 - Procédé d'autonettoyage d'un orifice de sortie
(112) d'un ensemble de buse, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un liquide pressurisé à un ensemble de buse, ledit ensemble de buse étant composé de
- un logement de buse (102) comprenant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à faire
sortir le liquide hors du logement de buse (102)
et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104)
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104) , sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136) ; et
- l'évacuation du liquide pressurisé par l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136) , de telle sorte que l'orifice de sortie (112) est nettoyé.
56 - Procédé d'émulsification d'un liquide pressurisé à composants multiples, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un liquide pressurisé à composants multiples à un ensemble de buse, ledit ensemble de buse étant composé de
- un logement de buse (102) comprenant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide
pressurisé à composants multiples
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé à composants
multiples ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé à composants multiples depuis la
chambre (104) et à faire sortir le liquide à
composants multiples hors du logement de buse
(102) et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé à composants multiples dans la chambre (104)
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé à composants multiples depuis la chambre (104), sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136) ; et
- l'évacuation du liquide pressurisé à composants multiples par l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136), de sorte que le liquide à composants multiples est émulsionné.
57 - Procédé de production d'un jet pulvérisé de liquide, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un liquide pressurisé à un ensemble de buse, ledit ensemble de buse étant composé de
- un logement de buse (102) comprenant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide
pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à faire
sortir le liquide hors du logement de buse (102)
et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104)
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104) , sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136) ; et
- l'évacuation du liquide pressurisé par l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136) pour produire un jet pulvérisé de liquide.
58 - Procédé selon la revendication 57, caractérisé en ce que l'étape d'évacuation du liquide pressurisé hors de l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136) produit un jet pulvérisé atomisé de liquide.
59 - Procédé selon la revendication 57, caractérisé en ce que l'étape d'évacuation du liquide pressurisé hors de l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136) produit un jet pulvérisé uniforme et conique de liquide.
60 - Procédé de cavitation d'un liquide pressurisé, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un liquide pressurisé à un ensemble de buse, ledit ensemble de buse étant composé de
- un logement de buse (102) comprenant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir un liquide pressurisé
-.une entrée (110) adaptée à alimenter la chambre
(104) en liquide pressurisé ; et
-.un orifice de sortie (112) défini par les parois
d'une pointe de buse (136), ledit orifice de
sortie (112) étant adapté à recevoir le liquide
pressurisé depuis la chambre (104) et à faire
sortir le liquide hors du logement de buse (102)
et,
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du liquide pressurisé dans la chambre (104)
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tandis que l'orifice de sortie (112) reçoit du liquide pressurisé depuis la chambre (104), sans application d'énergie ultrasonique à la pointe de buse (136) ; et
- l'évacuation du liquide pressurisé par l'orifice de sortie (112) de la pointe de buse (136), de sorte que le liquide pressurisé subit une cavitation tandis qu'il est reçu depuis la chambre (104) et évacué par l'orifice de sortie (112).
61 - Appareil pour l'extrusion d'un polymère thermoplastique fondu, ledit appareil comprenant
- un logement de filière (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir le polymère
thermoplastique fondu
-.un orifice d'entrée adapté à alimenter la
chambre (104) en polymère thermoplastique
fondu ; et
-.un orifice d'extrusion adapté à recevoir le
polymère thermoplastique fondu depuis la chambre
(104) et à extruder le polymère ; et
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du polymère thermoplastique fondu, ledit moyen d'application d'énergie ultrasonique étant situé dans la chambre (104).
62 - Appareil selon la revendication 61, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 100 kHz.
63 - Appareil pour l'extrusion d'un polymère thermoplastique fondu, ledit appareil comprenant
- un logement de filière (102) ayant une première extrémité (106) et une seconde extrémité (108) et définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir le polymère
thermoplastique fondu
-.un orifice d'entrée adapté à alimenter la
chambre (104) en polymère thermoplastique
fondu ; et
- un orifice d'extrusion situé dans la première
extrémité (106) du logement de filière (102) et
adapté à recevoir le polymère thermoplastique
fondu depuis la chambre (104) et à extruder le
polymère le long d'un premier axe (114) ; et
- une s excitation par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud (122) et un axe d'excitation mécanique longitudinale (124), la sonotrode (116) étant située dans la seconde extrémité du logement de filière (102) d'une façon telle que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) est située à l'extérieur du logement de filière (102) et que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) est située à l'intérieur du logement de filière (102), dans la chambre
(104) et est à proximité immédiate de l'orifice d'extrusion.
64 - Appareil selon la revendication 63, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 18 kHz et environ 60 kHz.
65 - Appareil selon la revendication 63, caractérisé en ce que le polymère est extrudé sous la forme d'une fibre.
66 - Appareil selon la revendication 63, caractérisé en ce que l'axe d'excitation mécanique longitudinale (124) est sensiblement parallèle au premier axe (114).
67 - Appareil selon la revendication 63, caractérisé en ce que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) a une aire en coupe transversale approximativement égale ou supérieure à une aire minimale qui englobe tous les orifices de sortie du logement de filière (102).
68 - Appareil selon la revendication 63, caractérisé en ce que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) est couplée à un moyen vibrateur comme source d'excitation mécanique longitudinale.
69 - Appareil selon la revendication 68, caractérisé en ce que le moyen vibrateur est un transducteur piézoélectrique.
70 - Appareil selon la revendication 69, caractérisé en ce que le transducteur piézo-électrique est couplé à la sonotrode (116) au moyen d'un guide d'ondes allongé.
71 - Appareil selon la revendication 70, caractérisé en ce que le guide d'ondes allongé a un rapport d'excitation mécanique entrée:sortie compris entre environ 1:1 et environ 1:2,5.
72 - Procédé de formation d'une fibre à partir d'un polymère thermoplastique, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu
- l'extrusion du polymère thermoplastique fondu au travers d'un orifice d'extrusion d'un ensemble de filière pour former un filet, ledit ensemble de filière comprenant
- un logement de filière (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir le polymère
thermoplastique fondu
-.un orifice d'entrée adapté à alimenter la
chambre (104) en polymère thermoplastique
fondu ; et
-.un orifice d'extrusion adapté à recevoir le
polymère thermoplastique fondu depuis la chambre
(104) et à extruder le polymère ; et
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique à une portion du polymère thermoplastique fondu, ledit moyen d'application d'énergie ultrasonique étant situé dans la chambre (104) partiellement entouré par le polymère thermoplastique fondu, et est adapté à appliquer de l'énergie ultrasonique au polymère thermoplastique fondu tandis qu'il pénètre dans l'orifice d'extrusion
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tout en extrudant le polymère thermoplastique fondu ;et
- l'amincissement du filet pour former une fibre.
73 - Procédé selon la revendication 72, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 100 kHz.
74 - Procédé de formation d'une fibre à partir d'un polymère thermoplastique, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu
- l'extrusion du polymère thermoplastique fondu au travers d'un orifice d'extrusion d'un ensemble de filière pour former un filet, ledit ensemble de filière comprenant
- un logement de filière (102) ayant une première extrémité (106) et une seconde extrémité (108) et définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir le polymère
thermoplastique fondu
-.un orifice d'entrée adapté à alimenter la
chambre (104) en polymère thermoplastique
fondu ; et
- un orifice d'extrusion (112) situé dans la
première extrémité (106) du logement de filière
(102) et adapté à recevoir le polymère
thermoplastique fondu depuis la chambre (104) et
à extruder le polymère le long d'un premier axe
(114) ; et
- une sonotrode (116) ayant une première extrémité
(118) et une seconde extrémité (120) et adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud (122) et un axe d'excitation mécanique longitudinale (124), la sonotrode (116) étant située dans la seconde extrémité (108) du logement de filière (102) de manière que la première extrémité (118) de la sonotrode
(116) est située à l'extérieur du logement de filière (102) et la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) est située dans le logement de filière (102), dans la chambre
(104), et à proximité immédiate de l'orifice d'extrusion
- l'excitation de la sonotrode (116) par de l'énergie ultrasonique tout en extrudant le polymère thermoplastique fondu ;et
- l'amincissement du filet pour former une fibre.
75 - Procédé selon la revendication 74, caractérisé en ce que l'énergie ultrasonique a une fréquence comprise entre environ 15 kHz et environ 100 kHz.
76 - Procédé selon la revendication 74, caractérisé en ce que l'axe d'excitation mécanique longitudinale (124) est sensiblement parallèle au premier axe (114).
77 - Procédé selon la revendication 74, caractérisé en ce que la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) a une aire en section transversale approximativement identique ou supérieure à une aire minimale qui englobe tous les orifices d'extrusion du logement de filière (102).
78 - Procédé selon la revendication 74, caractérisé en ce que l'amincissement est effectué en mettant en contact le filet avec un courant de fluide tandis qu'il sort de la filière.
79 - Procédé selon la revendication 74, caractérisé en ce que le moyen vibrateur est un transducteur piézoélectrique.
80 - Procédé selon la revendication 74, caractérisé en ce que le transducteur piézo-électrique est couplé à la sonotrode (116) au moyen d'un guide d'ondes allongé.
81 - Procédé selon la revendication 80, caractérisé en ce que le guide d'ondes allongé a un rapport d'excitation mécanique entrée:sortie compris entre environ 1:1 et environ 1:2,5.
82 - Procédé de formation, à partir d'un polymère thermoplastique, d'une fibre dans laquelle des bulles de gaz sont piégées le long de sa longueur, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu
- l'extrusion du polymère thermoplastique fondu au travers d'un orifice d'extrusion d'un ensemble de filière pour former un filet, ledit ensemble de filière comprenant
- un logement de filière (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir le polymère
thermoplastique fondu
-.un orifice d'entrée adapté à alimenter la
chambre (104) en polymère thermoplastique
fondu ; et
-.un orifice d'extrusion adapté à recevoir le
polymère thermoplastique fondu depuis la chambre
(104) et à extruder le polymère ; et
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique, ledit moyen d'application d'énergie ultrasonique étant situé dans la chambre (104) au moins partiellement entouré par le polymère thermoplastique fondu, et est adapté à appliquer de l'énergie ultrasonique au polymère thermoplastique fondu tandis qu'il pénètre dans l'orifice d'extrusion
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique dans des conditions suffisantes à maintenir une cavitation tout en extrudant le polymère thermoplastique fondu ;et
- l'amincissement du filet pour former une fibre.
83 - Procédé de formation, à partir d'un polymère thermoplastique, d'une fibre dans laquelle des bulles de gaz sont piégées le long de sa longueur, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu
- l'extrusion du polymère thermoplastique fondu au travers d'un orifice d'extrusion d'un ensemble de filière pour former un filet, ledit ensemble de filière comprenant
- un logement de filière (102) ayant une première extrémité (106) et une seconde extrémité (108) et définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir le polymère
thermoplastique fondu
-.un orifice d'entrée (110) adapté à alimenter la
chambre (104) en polymère thermoplastique
fondu ; et
- .un orifice d'extrusion (112) situé dans la
première extrémité (106) du logement de filière
(102) et adapté à recevoir le polymère
thermoplastique fondu depuis la chambre (104) et
à extruder le polymère, le long d'un premier axe
(114) ; et
- une sonotrode (116) ayant une première extrémité
(118) et une seconde extrémité (120) et adaptée, lorsqu'elle est excitée par de l'énergie ultrasonique, à avoir un noeud (122) et un axe d'excitation mécanique longitudinale (124), la sonotrode (116) étant située dans la seconde extrémité (108) du logement de filière (102), de manière que la première extrémité (118) de la sonotrode (116) est située à l'extérieur du logement de filière (102) et la seconde extrémité (120) de la sonotrode (116) est située à l'intérieur du logement de filière (102), dans la chambre (104), et à proximité immédiate de l'orifice d'extrusion
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique dans des conditions suffisantes à maintenir une cavitation tout en extrudant le polymère thermoplastique fondu ;et
- l'amincissement du filet pour former une fibre.
84 - Procédé de formation d'une nappe non tissée à partir d'un polymère thermoplastique, ledit procédé comprenant
- la fourniture d'un polymère thermoplastique fondu
- l'extrusion du polymère thermoplastique fondu au travers d'un orifice d'extrusion d'un ensemble de filière pour former un filet, ledit ensemble de filière comprenant
- un logement de filière (102) définissant
-.une chambre (104) adaptée à recevoir le polymère
thermoplastique fondu
-.un orifice d'entrée adapté à alimenter la
chambre (104) en polymère thermoplastique
fondu ; et
-.un orifice d'extrusion adapté à recevoir le
polymère thermoplastique fondu depuis la chambre
(104) et à extruder le polymère ; et
- un moyen d'application d'énergie ultrasonique, ledit moyen d'application d'énergie ultrasonique étant situé dans la chambre (104) au moins partiellement entouré par le polymère thermoplastique fondu, et est adapté à appliquer de l'énergie ultrasonique au polymère thermoplastique fondu tandis qu'il pénètre dans l'orifice d'extrusion
- l'excitation du moyen d'application d'énergie ultrasonique par de l'énergie ultrasonique tout en extrudant le polymère thermoplastique fondu
- la mise en contact du filet avec un courant de fluide pour amincir le filet et le transformer en fibre ; et
- le dépôt aléatoire des fibres sur une surface collectrice.
85 - Fibre filée par fusion préparée à partir d'une polyoléfine thermoplastique,, caractérisé en ce qu'elle comporte le long de sa longueur des bulles d'un gaz piégées.
86 - Fibre filée par fusion selon la revendication 85, caractérisée en ce que la densité de la fibre est inférieure à celle d'une fibre, sinon identique, mais dépourvue de bulles de gaz piégées.
87 - Fibre filée par fusion selon la revendication 85, caractérisée en ce que la densité de la fibre est inférieure à environ 90 W de la densité d'une fibre, sinon identique, mais dépourvue de bulles de gaz piégées.
88 - Fibre filée par fusion selon la revendication 85, caractérisée en ce que la densité de la fibre est comprise dans la gamme allant d'environ 20 à environ 90 de la densité d'une fibre, sinon identique, mais dépourvue de bulles de gaz piégées.
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