LU81723A1 - Extrudeuse reglable pour matieres thermoplastiques - Google Patents

Description

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La présente invention concerne une extrudeuse réglable assurant l'homogénéisation de matières plastiques.

Les propriétés physiques et optiques du polyéthylène sont améliorées par application à la matière fondue 5 de forces mécaniques de cisaillement. Des additifs tels que des adjuvants de traitement, des agents stabilisants et colorants sont habituellement incorporés à la matière pendant cette opération d'homogénéisation mécanique par ’ application de contraintes de cisaillement. Cette opéra- 10 tion mécanique a été réalisée initialement dans des mélangeurs intensifs ou dans des extrudeuses alimentés à froid, par nouvelle fusion de la matière due à l'application des forces mécaniques de cisaillement. Comme cette matière est formée originellement sous forme d'un liquide chaud 15 et fondu, cette opération de refusion nécessite une mise intermédiaire sous forme de granulés, un refroidissement et un séchage de la matière produite à l'origine.

On a déjà essayé diversement d'accroître les possibilités des extrudeuses ou d'augmenter le travail 20 de la matière thermoplastique dans une extrudeuse. On a ainsi utilisé des vis d'extrusion à plusieurs spires ou des rotors ayant des canaux primaires et secondaires associés. Le rotor a été divisé en plusieurs parties d'alimentation, d'homogénéisation et de pompage de la 25 matière extrudëe. Un ou plusieurs canaux d'une ou plu- sieurs parties du rotor peuvent comprendre un bouchon fixe destiné à créer une contre-pression appliquée à la matière thermoplastique soumise au traitement dans 1'extrudeuse, entre l'extérieur du rotor et l'intérieur du corps placé 30 autour du rotor. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 3 411 179 et 3 850 414 décrivent ce type de machine.

Les effets de cisaillement assurés par ces machines sont améliorés par une contre-pression créée par des bouchons placés dans les canaux des rotors. Cependant, 35 certaines qualités de polyéthylène peuvent nécessiter une contre-pression plus ou moins grande (qui règle le degré d'homogénéisation du polyéthylène) par rapport à d'autres 2 types de polyéthylènes.

L'invention concerne une machine d'extrusion assurant une homogénéisation, ayant des possibilités accrues d'extrusion de diverses matières thermoplastiques 5 et notamment du polyéthylène, par possibilité de variation ou d'élimination du mélange ou de l'homogénéisation.

Plus précisément, l'invention concerne une ex-trudeuse destinée à travail d'une matière thermoplastique • telle que le polyéthylène, avec amélioration des proprié- 10 tés physiques et optiques de la matière. L'extrudeuse a un corps ayant un trou longitudinal sur toute sa longueur.

Des orifices placés aux deux extrémités du trou ou alésage permettent l'alimentation et l'extraction de la matière thermoplastique traitée. Un rotor peut tourner dans 15 l'alésage. Le rotor a plusieurs portées hélicoïdales placées autour de lui et formant des spires. Celles-ci assurent le déplacement et le travail de la matière. Le corps du rotor a plusieurs parties destinées à assurer l'alimentation, le mélange et l'application de forces 20 mécaniques de cisaillement à la matière. Plusieurs rétrécissements annulaires sont disposés de façon générale an-nulairement et sont espacés entre certaines spires afin qu'ils créent une contre-pression et améliorent ainsi le mélange de la matière travaillée.

25 Le rotor a aussi plusieurs bouchons ou barrages réglables » placés entre certaines spires afin de pouvoir faire varier le degré d’homogénéisation de la matière. Les bouchons peuvent être déplacés radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur par rapport à l'axe du rotor si bien que la distance 30 entre la surface radiale externe du bouchon et la surface de l'alésage peut être réglée facilement. Ainsi, le traitement d'un ou plusieurs types de matières thermoplastiques peut varier, sans que la machine doive subir une modification ou une révision entre les campagnes successives de 35 production de matières extrudées. La structure de l'alésage et l'adaptation de bouchons réglables radialement permettent une variation importante des possibilités de traitement 3 des matières plastiques.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel : 5 la figure 1 est une élévation en coupe partielle d'une extrudeuse selon l'invention ; la figure 2 est une perspective partielle éclatée de la figure 1 ; et la figure 3 est une perspective d'un bouchon 10 réglable.

On considère maintenant le dessin et plus précisément la figure 1 qui représente une extrudeuse 10. Cette extrudeuse 10 a un corps principal 12 ayant un alésage 14 qui est disposé longitudinalement à l'intérieur. Une vis 15 ou un rotor 16 peut tourillonner dans l'alésage 14. Le corps 12 a aussi des trajets 18 de circulation d'un fluide de transmission de chaleur, près de l'alésage 14 afin que la transmission mutuelle de chaleur soit maximale.

Le rotor 16 est destiné à être entraîné par un 20 moteur 20 et un réducteur 24. Une trémie 30 placée à l'extrémité de l’alimentation du corps 12 communique avec l'alésage 14 par un orifice 32 d'alimentation. La matière déposée dans la trémie 30 tombe dans l'alésage 14 puis avance dans celui-ci sous la commande du rotor 16, vers la 25 tête 34 d'extrusion qui comprend de façon générale un orifice 36 d'évacuation de la matière traitée vers un appareil récepteur non représenté.

Le corps 12 et le rotor 16 de 1'extrudeuse 10 comprennent plusieurs parties individuelles qui, dans cet 30 exemple, peuvent comprendre une partie 50 d'alimentation et d'homogénéisation (mélange) une partie 60 d'homogénéisation (mélange), une autre partie 70 d'homogénéisation (mélange), une autre partie 80 d'homogénéisation (mélange) et une partie finale 90 de pompage. Les parties individuelles sont 35 séparées les unes des autres par un anneau 74 comme décrit dans la suite. La partie initiale d'alimentation et d'homogénéisation 50 comprend de façon générale la partie du corps 4 12 et du rotor 16 qui sont disposés entre la partie postérieur du rotor 16 et corps 12 et un point de l'alésage 14 qui se trouve nettement en avant de la trémie 30. Le rotor 16 a une ou plusieurs spires primaires 62 et une ou plu-5 sieurs spires secondaires 64 qui sont disposées en spirale sur la longueur du rotor 16, dans les parties d'alimentation, de mélange et de pompage. Les spires primaires, sur une partie de leur longueur, peuvent constituer les spires » secondaires d'une partie adjacente. Le rotor 16 et les 10 spires ont pour rôle la réception de la matière placée dans la trémie 30, par exemple une matière thermoplastique fondue ou semi-fondue telle que du polyéthylène, son mélange puis son pompage vers l'avant dans les parties aval d'homogénéisation 60, 70 et 80 de l'extrudeuse 12.

15 Les parties aval d'homogénéisation (mélange) 60, 70 et 80 ont chacune au moins une paire de spires, en général deux à quatre paires de spires sont avantageuses cependant, deux paires étant représentées sur la figure 2 . Les spires primaires portent la référence 62 et les spires 20 secondaires la référence 64. Les spires primaires et secondaires 62 et 64 délimitent des canaux primaire et secondaire 68 et 72 qui alternent, entre elles. Un canal primaire 68 peut devenir, en aval et au-delà de certains rétrécissements, un canal secondaire 72. Lorsque la ma-25 tière se déplace longitudinalement dans l'alésage 14, elle pénètre par exemple dans l'un des canaux primaires 68. La pression créée dans la matière thermoplastique qui se trouve dans ce canal 68, n'est pas transmise en pratique à l'extrémité de ce tronçon particulier, étant donné la disposi-30 tion de l'anneau 74. Celui-ci peut comporter au moins un bouchon ou barrage réglable 76 fixé de façon adaptable dans un trou 96, et il peut se trouver à une position dans laquelle il peut obstruer au moins en partie et peut délimiter l'extrémité d'un canal secondaire particulier 72 formé sur le 35 rotor 16 si bien que la matière peut circuler dans ce canal secondaire 72 et passer vers un canal primaire 68 tout en subissant un étranglement. Le bouchon 76 délimitant 5 l'extrémité du canal secondaire 72 au niveau de l'anneau 74 est représenté sur la figure 2 sous forme éclatée. La traînée de la spire secondaire 64 près du canal secondaire 72 et la différence de pression entre le canal primaire 68 5 et le canal secondaire 72 provoquent la circulation de la matière extrudée sur la spire secondaire 64. La matière qui s'écoule du canal secondaire 72 sur le bouchon réglable 76 et dans le canal contigu 68 parvient à un canal primaire.

' La matière s'écoule donc sur la spire 64 comme représenté 10 par les flèches A sur la figure 2, séparant les canaux primaire et secondaire 68 et 72, puis sur le bouchon réglable (représenté sous forme éclatée) comme indiqué par les flèches B. La spire secondaire 64 formée entre les deux canaux a un plus grand espace entre elle et les 15 parois d'alésage 14 qu'entre l'anneau 74 ou la spire primaire 62 et les parois de l'alésage 14.

Les contraintes de cisaillement nécessaires à l'homogénéisation de la matière travaillée (par exemple du polyéthylène) déterminent le nombre particulier de spires 20 et en conséquence le nombre de canaux et de tronçons d'homogénéisation nécessaires dans le rotor 16. L'importance des contraintes de cisaillement qui peuvent être appliquées à la matière, dans un tronçon quelconque d'homogénéisation 60, 70 ou 80, est limitée par l'aptitude des trajets 18 de cir-25 culation d'un fluide de transmission de chaleur à assurer un refroidissement suffisant. La transmission de chaleur entre la matière thermoplastique travaillée et le fluide de refroidissement qui circule dans les trajets 18 est améliorée par utilisation d'un rotor 16 ayant au moins deux à quatre 50 paires de spires disposées en hélice autour de lui comme indiqué précédemment afin que la fréquence avec laquelle la matière est raclée sur la paroi de l'alésage 14, soit accrue.

Le gradient de vitesse, c'est-à-dire le gradient pour lequel la matière peut se déformer par cisaillement, 55 dépend de la configuration géométrique du rotor 16, de la 1 vitesse de celui-ci et de la contre-pression créée par les bouchons réglables 76 aux limites de chaque section d'ho- ί 6 mogénéisation. L'importance de l'espace libre à l'extérieur du bouchon 76 peut être calculée afin qu'il existe un équilibre entre les possibilités de refroidissement (transmission de chaleur) et le travail fourni (par cisail-5 lement) dans la matière afin que l'équilibre soit optimisée. L'espace libre au niveau de la spire 64 entre les canaux primaire 68 et secondaire 72 a un effet sur la matière lorsqu'elle passe dans cet espace dans les régions d'homogéné-v isation. La profondeur des canaux primaire 68 et secon- 10 daire 72 peut ne pas être la même afin d’assurer un meil leur échange de matière entre les canaux. Cependant, lors de la fabrication de polymères tels que le polyéthylène basse densité, l'homogénéisation totale peut ne pas être souhaitable ou nécessaire. A cet effet, le 15 rotor 16 peut avoir plusieurs bouchons réglables précités 76 entre les spires adjacentes ou dans un espace formé dans l'un des anneaux 74, ou dans un espace d'une spire particulière, bien qu’un seul bouchon réglable 76 soit représenté sur la figure 2, les bouchons 76 permettant une variation 20 importante des possibilités de mélange et d'homogénéisation de l'extrudeuse 10. Les bouchons réglables 76, en élévation latérale, ont la forme d'un T retourné.

Un bouchon réglable 76 est représenté en perspective sur la figure 3 et il comporte une base 84 qui est 25 de préférence circulaire car cette forme facilite la fabrication. Un flasque 88 qui forme en réalité le "bouchon" est disposé au-dessus de la base 84 et est sensiblement perpendiculaire à celle-ci. Le flasque 88 peut avoir une face supérieure curviligne 92 qui est la surface 30 radialement externe du bouchon 76 lorsque celui-ci est monté sur le rotor 16. La base 84 peut comporter au moins une paire de trous 94 de vissage qui la traverse, permettant le passage de dispositifs de fixation tels que des boulons ou analogues. Une cale 98, comme représenté sur la figure 3, 35 peut être placée sous un bouchon réglable 76. Chaque cale 98 peut avoir au moins une paire de trous 95 de passage correspondant au trou 94 de la base 84 du bouchon 76. Cha- 7 que bouchon 76 est placé dans le trou ou orifice 96 du rotor 16. Les extrémités radiales internes des orifices 96 peuvent avoir un ou plusieurs trous taraudés 97 comme représenté sur la figure 2, logeant les boulons qui fixent 5 le bouchon 76. Les bouchons réglables 76 peuvent être réglés par retrait des boulons qui passent dans la base 84 hors des trous taraudés, par addition ou retrait d'une ou plusieurs cales 98, le cas échéant, afin que la face supérieure 92 du bouchon 76 soit éloignée radialement de 10 l'axe du rotor 16. Les bouchons réglables 76 peuvent être tournés à la manière d'une vis autour d'un axe disposé radialement par rapport à l'axe du rotor 16 afin que le degré d'homogénéité de la matière extrudée puissent varier. Cette cale 98 peut avoir la même configuration générale 15 que l'orifice 96 dans lequel elle est disposée dans le rotor 16 afin que le bouchon réglable 76 puisse être réglé simplement.

Les bouchons réglables 76 peuvent être atteints par un arrangement de canaux qui peuvent être refermés, ces 20 canaux n'étant pas représentés et étant disposés dans la paroi du corps 12, le rotor lui-même pouvant être retiré de l'alésage 14 afin qu'il donne accès aux bouchons réglables 76. D'autres arrangements de réglage, par déplacement radial ou en rotation des bouchons 76, peuvent mettre en oeuvre 25 une tringlerie mécanique qui peut passer dans un canal v central 78 placé dans le rotor 16, vers les extrémités radialement internes des bouchons réglables 76 si bien que le déplacement du bouchon 76 peut alors être commandé à distance sans effort excessif.

30 Des matières très visqueuses qui, dans le cas de certains produits, ne nécessitent pas d'homogénéisation, peuvent être traitées dans 1'extrudeuse alors que le bouchon réglable 76 est totalement retiré, puis remis en place * avec le nombre de cales 98 permettant juste la délimita- 35 tion d'un trajet régulier de déplacement de la matière extrudée.

Ainsi, l'invention concerne une extrudeuse effi- 8 cace permettant la variation de l'importance de l'homogénéisation des matières thermoplastiques traitées. Cette caractéristique est obtenue avec des bouchons réglables radialement, placés dans le rotor d'une extrudeuse, cer-5 taines distances étant délimitées entre les bouchons et les parois de l'alésage, les bouchons pouvant être tournés afin que l'obstruction du trajet de circulation de la matière extrudée dans les canaux puisse être modifiée, avec formation de rétrécissements réglés pour le passage 10 de la matière ; 1'extrudeuse peut alors mélanger et extru-der de façon réglable des matières thermoplastiques très diverses, suivant des opérations très rentables et peu coûteuses.

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Claims (11)

1. 3
2. 1. Extrudeuse destinée au traitement d'une matière thermoplastique, du type qui comprend : un corps ayant un alésage disposé longitudinale- 5 ment, un rotor ayant au moins une spire hélicoïdale placée autour de lui, le rotor pouvant tourillonner autour d'un axe dans l'alésage, un orifice d'alimentation formé à une première 10 extrémité du corps et permettant le dépôt de la matière à traiter, cet orifice d'alimentation communiquant avec l'alésage, et un orifice d'évacuation formé à l'autre extrémité du corps et permettant l'extrusion de la matière traitée, 15 ladite extrudeuse étant caractérisée en ce qu'elle comprend un bouchon ou barrage réglable (76) qui peut être déplacé par rapport au rotor (16) afin qu'il permette le réglage du débit de la matière thermoplastique dans 1'extrudeuse.
3. 2. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) est mobile entre au moins deux spires (62, 64).
4. 3. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) est disposé afin qu'il 25 soit mobile dans un espace placé le long de l'une des spires (62, 64).
5. 4. Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) est mobile en direction radiale par rapport à l'axe du rotor (16).
6. 5. Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) est mobile en rotation autour d'un axe disposé radia-lement par rapport à l'axe du rotor (16). 3^ 6. Extrudeuse selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) est disposé afin qu'il puisse être fixé par un dispositif de maintien * 10 dans un orifice (96) formé dans le rotor (16) .
7. 7. Extrudeuse selon la revendication 6, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) peut se déplacer radia- “ lement par rapport à l'axe du rotor (16) lorsque le dis- 5 positif de maintien est réglé apres adaptation d'une cale (98) .
8. 8. Extrudeuse selon la revendication 7, caractérisée en ce que le dispositif de maintien comprend au moins un . boulon passant dans le bouchon réglable (76) et dans l'ori- - 10 fice (96) formé dans le rotor (16).
9. 9. Extrudeuse selon la revendication 7, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) peut être éloigné de l'axe du rotor (16) par desserrage du dispositif de maintien et introduction d'au moins une cale (98) en direction 15 radiale en deçà du bouchon réglable (76) dans l’orifice (96) formé dans le rotor (16).
10. 10. Extrudeuse selon la revendication 7, caractérisée en ce que le bouchon réglable (76) est déplacé vers l'axe du rotor (16) par desserrage du dispositif de maintien et 20 retrait d’au moins une cale (98) de l'orifice (96) formé dans le rotor (16), puis par serrage à nouveau du dispositif de maintien contre le bouchon réglable (76) afin que celui-ci soit plus proche de l'axe.
11. 11. Extrudeuse selon la revendication 7, caractérisée 25 en ce que le bouchon réglable (76) a une surface radiale externe (92) de configuration curviligne qui correspond de façon générale au profil de l'alésage (14). Λ