WO2002057065A1 - Extrudeuse degazeuse - Google Patents

Abstract

L'extrudeuse (100) comporte un premier èlèment (110) et un second èlèment (130) montès en cascade. Chaque èlèment comporte un fourreau (111, 131) dans lequel est logèe une vis d'extrusion (112, 132), un premier moteur rèducteur (113, 133) d'entraînement de ladite vis d'extrusion, un orifice d'entrée (114, 134) de la matiere premiere et un orifice de sortie (115, 135) de la matière transformèe. Elle comporte en outre une pièce de liaison (150) pourvue d'une chambre tampon (151) agencèe pour recevoir la matière transformèe par le premier èlèment, et pour transfèrer cette matiere transformèe dans le second èlèment. La pièce de liaison comporte une grille d'extrusion (156) à sa sortie et un filtre (155) à son entrèe. Le second èlèment comporte un orifice de dègazage (136) mènagè dans le fourreau en amont de l'orifice d'entrèe de la matière transformèe par le premier èlèment.

Description

  



  EXTRUDEUSE DEGAZEUSE
Domaine technique
La présente invention concerne une extrudeuse dégazeuse, comportant un premier élément et un second élément montés en cascade ainsi qu'une chambre tampon disposée entre ledit premier élément et ledit second élément et agencée pour recevoir la matière transformée par ledit premier élément et pour la transmettre ensuite audit second élément, et des moyens de dégazage de la matière transformée, ledit premier élément comportant un premier fourreau dans lequel est logée une première vis d'extrusion, un premier moteur réducteur d'entraînement de ladite première vis d'extrusion, un premier orifice d'entrée de la matière première brute et un premier orifice de sortie de la matière transformée, et ledit second élément comportant un second fourreau dans lequel est logée une seconde vis d'extrusion,

   un second moteur réducteur d'entraînement de ladite seconde vis d'extrusion, un deuxième orifice d'entrée de la matière première et un deuxième orifice de sortie de la matière transformée, ainsi que des moyens de dégazage.



  Les extrudeuses constituent des éléments essentiels des chaînes de transformation des lignes de fabrication de pièces en matière plastiques. Les extrudeuses destinées à extruder du caoutchouc ou diverses matières plastiques sont utilisées en particulier pour réaliser des pièces moulées ou des un profilé dont la forme et les dimensions sont définies par une filière qui équipe la tte d'extrusion, à partir d'une matière brute qui peut tre un élastomère naturel ou un élastomère de synthèse.



  Les profilés sont soumis à une opération appelée vulcanisation qui s'effectue habituellement à pression atmosphérique et par traitement thermique, par exemple par cuisson aux UHF (ultra hautes fréquences), dans des bains de sels ou sur lit fluidisé etc.. En raison de ce traitement thermique, il est indispensable de dégazer la matière première dans l'extrudeuse. Sous l'effet de l'élévation de la température au cours de la vulcanisation, les gaz résiduels inclus dans la matière ont tendance à s'expanser et provoquent des renflements inacceptables sur le produit fini. L'opération de dégazage s'effectue sur une extrudeuse dégazeuse pendant la transformation de la matière.

   Cette transformation s'effectue dans l'extrudeuse qui malaxe la matière première se présentant initialement sous la forme de granulés ou de bandes pour en faire une matière pâteuse homogène, sous l'effet de la chaleur générée par les moyens de chauffage liés au fourreau, de la compression et du cisaillement induits par la rotation de la vis. La tte d'extrusion est en fait un moule équipé à sa sortie d'une filière amovible et interchangeable qui donne sa forme au profilé extrudé.



  Le problème du dégazage se pose également pour certaines matières plastiques telles que des plastiques thermo-durs notamment, mais non exclusivement.



  Technique antérieure
Certaines extrudeuses connues sont constituées de deux parties appelées étages de taillage qui comportent une vis monobloc constituée de deux vis accouplées disposées en ligne et séparées par une bague de laminage. Le fourreau comporte, dans sa partie médiane, un orifice de dégazage accouplé à une pompe à vide. Cet orifice est situé juste en aval de la bague de laminage afin de réaliser un bon dégazage. La condition nécessaire pour réaliser un dégazage efficace est que la matière entraînée par la vis soit bien homogénéisée. Cette opération d'homogénéisation est effectuée par la partie amont de la vis d'extrusion qui délivre la matière en fines lamelles autour de la bague de laminage.

   Une détente engendrant une chute brutale de la pression en aval de la bague de laminage associée à la dépression générée par la pompe à vide favorise l'extraction des substances volatiles de la matière qui chemine dans l'extrudeuse, poussée par la vis.



  Bien que le principe du dégazage soit simple, l'opération est complexe en pratique et dépend de plusieurs facteurs. Comme mentionné ci-dessus, la vis monobloc est en fait constituée de deux vis accouplées en tandem dont la première, disposée en amont, débite la matière à travers une bague de laminage, dans la seconde, disposée en aval qui l'amène vers la filière. Pour que le dégazage soit possible, il est indispensable que l'orifice de dégazage soit ouvert et non obstrué, ce qui implique que le débit de la première vis soit identique à celui de la seconde. Cet équilibre ne peut pas tre atteint du fait que les deux vis ne sont pas identiques.



  Pour tenter d'atteindre néanmoins un équilibre des débits de la matière dans les deux étages, il faut recourir à des artifices. L'un d'eux consiste à ajuster de façon appropriée le diamètre de la bague de laminage. Cet ajustage n'est toutefois valable que pour une condition de débit et de pression bien déterminée qui est fonction de la section de la filière utilisée. Le nombre de conditions possibles étant quasiment infini, l'ajustage du diamètre de la bague de laminage ne constitue qu'un compromis qui ne résout pas le problème du déséquilibre des débits entre la vis amont et la vis aval ainsi que des moyens de dégazage équipant ledit second élément.



  Un autre artifice consiste à régler la température de façon à influer sur la viscosité de la matière et par conséquent sur son débit. Ceci peut tre effectué soit en amont soit en aval de la bague de laminage. Dans la pratique, on a constaté que le réglage de la température ne donne qu'un résultat limité et ne permet pas de gérer efficacement les débits dans les deux vis et, par conséquent, d'obtenir un dégazage efficace de la matière en circulation dans l'extrudeuse.



  Il en résulte qu'actuellement aucune extrudeuse dégazeuse de ce type ne permet de réaliser l'équilibre des débits dans les deux étages, de sorte que l'extrusion d'élastomères s'effectue de façon plus ou moins empirique avec des réglages qui constituent autant de compromis difficiles à gérer. 



  Diverses solutions ont été proposées pour pallier les inconvénients de ce type d'extrudeuses et en particulier des extrudeuses à deux étages telles que décrites par les brevets américains Nr. 4,117,063 et 4,134,714 illustrant deux réalisations dans lesquelles les extrudeuses comportent chacune deux éléments disposés selon deux axes perpendiculaires et qui comportent chacun une première et une deuxième vis. La matière transformée dans le premier élément est directement transférée dans le deuxième élément sans traitement spécifique. Le résultat est une mauvais dégazage et par conséquent une qualité aléatoire des produits fabriqués.



  L'équipement illustré par la publication japonaise Nr. 63209920 est très similaire aux extrudeuses décrites ci-dessus et les inconvénients des précédents se retrouvent dans celui-ci.



  L'équipement illustré par la publication japonaise Nr. 60124232 est une extrudeuse à deux étages disposés parallèlement entre eux et couplés à travers une chambre qui est en fait un dispositif de dégazage. La liaison entre le premier étage et la chambre de dégazage se fait à travers des filières. Une pompe à vide est directement connectée à la chambre de dégazage pour évacuer les gaz. Cette réalisation présente un inconvénient majeur qui est dû au risque d'encrassement de l'embouchure de communication avec la pompe à vide. En outre le dégazage s'effectue dans une zone où la matière première n'a pas encore subi toutes ses transformations et elle se révèle inefficace.



  Exposé de l'invention
Le but de la présente invention est de pallier l'ensemble des inconvénients mentionnés ci-dessus en réalisant une extrudeuse dégazeuse capable d'assurer un dégazage efficace des matières plastiques et du caoutchouc naturel ou synthétique au cours de la transformation de la matière brute en une pâte homogène. 



  Ce but est atteint par l'extrudeuse telle que définie en préambule et caractérisée en ce qu'elle comporte en ce que ladite chambre tampon est équipée d'au moins une grille d'extrusion montée sur un support et constituant un troisième orifice de sortie qui fait communiquer la chambre tampon avec ledit deuxième orifice d'entrée dudit second élément pour transférer cette matière transformée par ledit premier élément, de ladite chambre tampon dans ledit second élément et pour la fragmenter avant son introduction dans ce second élément.



  De façon particulièrement avantageuse, ladite grille d'extrusion comporte une série d'ouvertures traversantes disposées sensiblement selon l'axe de la chambre tampon. Cette grille d'extrusion est interchangeable et disposée sur un support solidaire des parois de la chambre tampon.



  D'une manière préférentielle, ladite grille d'extrusion est disposée au niveau dudit deuxième orifice d'entrée dudit second élément et comporte une surface cylindrique dont le diamètre correspondant à celui de ladite seconde vis d'extrusion, de telle manière que les bourrelets hélicoïdaux de cette vis frottent contre la surface et fragmentent la matière transformée sortant de ladite chambre tampon à travers lesdites ouvertures traversantes.



  Selon un mode de construction particulièrement avantageux, ladite chambre tampon comporte au moins un filtre disposé audit troisième orifice d'entrée, en communication avec ledit premier orifice de sortie dudit premier élément.



  Ledit filtre est de préférence interchangeable et monté sur un porte-filtre intégré aux parois de ladite chambre tampon.



  Selon une forme de réalisation avantageuse, le filtre est constitué d'au moins une plaque à trous et d'au moins une grille à mailles appliquée sur au moins une des faces de la plaque à trous. 



  Lesdits moyens de dégazage équipant ledit second élément comportent de préférence un quatrième orifice dit orifice de dégazage qui est disposé en amont dudit deuxième orifice d'entrée dudit second élément.



  Lesdits moyens de dégazage sont en communication avec une source de dépression. Cette source de dépression peut tre une pompe à vide couplée au fourreau dudit second élément dans une zone de cet élément qui se situe en amont du flux de matière transformée.



  Description sommaire des dessins
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'une forme de réalisation préférée, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :   - la    figure 1 représente vue en coupe axiale d'une extrudeuse dégazeuse traditionnelle,   - la    figure 2 représente vue en coupe axiale d'une extrudeuse dégazeuse selon l'invention,   - la    figure 3A représente une coupe agrandie de la chambre tampon vue selon un plan axial parallèle aux axes longitudinaux des deux éléments de l'extrudeuse de l'invention, et   - la    figure 3B représente une coupe agrandie de la grille d'extrusion de la chambre tampon vue selon un plan axial perpendiculaire aux axes longitudinaux des deux éléments de l'extrudeuse de l'invention.



  Manières de réaliser l'invention
En référence à la figure 1, l'extrudeuse dégazeuse 10 traditionnelle représentée comporte principalement un fourreau cylindrique 11 dans lequel est logée une vis monobloc 12 qui est entraînée par un moteur réducteur 13 monté à l'extrémité amont du fourreau. La vis monobloc 12 est en réalité composée de deux éléments de vis 12a et 12b assemblés bout à bout et séparés par une bague de laminage 14. Un premier orifice 15 d'entrée de la matière première est ménagé à proximité de l'extrémité amont de la vis monobloc 12 pour permettre l'introduction dans l'extrudeuse de matières plastiques, thermoplastiques ou de caoutchouc naturel ou de synthèse et d'éventuels autres composants tels que des charges minérales, des huiles etc..

   Au niveau de la bague de laminage 14, le fourreau 11 est équipé d'un deuxième orifice 16, appelé puits de vide, qui permet le raccordement de l'intérieur de l'extrudeuse avec une pompe à vide ou similaire pour assurer un dégazage de la matière en cours de transformation. A son extrémité aval, l'extrudeuse est équipée d'un troisième orifice 17 ménagé dans une tte d'extrusion 18 pourvue par exemple d'une filière 19 qui définit la forme et les dimensions du profilé extrudé par l'extrudeuse.



  Comme cela a été expliqué ci-dessus, le dégazage ne peut pas tre effectué de façon efficace et les réglages pour tenter d'approcher les conditions optimales sont innombrables, laborieux et souvent totalement empiriques.



  L'extrudeuse dégazeuse 100 selon l'invention représentée par les figures 2,3A et 3B comporte un premier élément 110 et un second élément 130 couplés entre eux et montés en cascade, chacun de ces éléments constituant une extrudeuse en soi, chacune pouvant avoir une vitesse indépendante de la vitesse de l'autre. Le premier élément 110 comporte un premier fourreau 111 dans lequel est logée une première vis d'extrusion 112, un premier moteur réducteur 113 d'entraînement de ladite première vis d'extrusion 112, un premier orifice d'entrée 114 de la matière première et un premier orifice de sortie 115 de la matière transformée.

   Le second élément 130 comporte un second fourreau 131 dans lequel est logée une seconde vis d'extrusion 132, un second moteur réducteur 133 d'entraînement de ladite seconde vis d'extrusion 132, un deuxième orifice d'entrée 134 de la matière première et un deuxième orifice de sortie 135 de la matière transformée. 



  Le premier élément 110 est couplé au second élément 130 par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 150 qui connecte le premier orifice de sortie 115 du premier élément avec le deuxième orifice d'entrée 134 du second élément.



  Cette pièce de liaison 150 contient une chambre tampon 151 destinée à recueillir la matière transformée dans ledit premier élément 110 et à la transférer dans le second élément 130. A cet effet, cette chambre tampon 151 comporte un troisième orifice d'entrée 152 qui communique avec le premier orifice de sortie 115 du premier élément 110 et un troisième orifice de sortie 153 qui communique avec ledit deuxième orifice d'entrée 134 dudit second élément 130.



  Comme le montrent plus en détails les figures 3A et 3B, la pièce de liaison 150 est pourvu d'un dégagement servant de porte-filtre 154 dans lequel est disposé un filtre 155 à proximité du troisième orifice d'entrée 152 de la chambre tampon 151 qui communique avec le premier orifice de sortie du premier élément. Ce filtre interchangeable se compose avantageusement d'une plaque perforée 155a et d'au moins une grille à mailles plus ou moins fines 155b et/ou 155c . Par ailleurs, cette pièce de liaison 150 comporte avantageusement une grille d'extrusion 156 disposée à proximité du troisième orifice de sortie 153 de la chambre tampon 151. Cette grille d'extrusion permet de délivrer dans le deuxième orifice d'entrée 134 du second élément 130 des fragments de matière transformée dans le premier élément.

   La grille d'extrusion est montée sur un support qui est solidaire de la pièce de liaison et/ou du fourreau du second élément. Elle est constituée d'une plaque interchangeable pourvue d'une multitude d'ouvertures traversantes 156a. La surface supérieure 156b est sensiblement plane et la surface inférieure 156c a une section en forme de secteur circulaire dont le rayon correspond au rayon de la vis 132 du deuxième élément 130. Cette surface 156c est localisée à proximité immédiate des bourrelets hélicoïdaux de la vis 132, voire en contact frottant avec eux de telle manière qu'à chaque tour de vis, ces bourrelets raclent la surface 156c et fragmentent les boudins de matière qui sortent des ouvertures traversantes 156a en forme de canaux cylindriques pour réaliser une vraie granulation de la matière transformée dans ledit premier élément.

   Cette granulation a pour effet d'augmenter considérablement la surface d'échange de la matière avec son environnement immédiat qui est l'atmosphère sous vide partiel qui règne dans la partie amont du fourreau du deuxième élément 130 connecté à une pompe à vide. Cette fragmentation de la matière qui augmente la surface d'échange augmente considérablement l'efficacité du dégazage. Il est essentiel que le dégazage s'effectue après la fragmentation, c'est à dire dans la zone amont du deuxième élément. La matière dégazée sera ensuite malaxée par la   vis 132    du deuxième élément et transformée en une pâte extrudable parfaitement homogène.



  D'autres accessoires peuvent tre montés dans la pièce de liaison, par exemple une bague de laminage, en vue d'augmenter le malaxage et de rendre la matière plus homogène.



  Le second élément est pourvu de moyens de dégazage qui sont en l'occurrence constitués essentiellement d'un quatrième orifice 136 ménagé à travers le fourreau 131 et qui est relié à une source de dépression (non représentée), par exemple une pompe à vide. Ce quatrième orifice est disposé en amont du deuxième orifice d'entrée 134 du second élément, dans une zone d'extrémité de la vis d'extrusion 132 située entre sa zone dite active définie comme étant localisée entre l'orifice d'entrée de la matière et la tte d'extrusion, et le moteur réducteur 133 d'entraînement de la vis d'extrusion 132. Cette zone est une zone dite neutre qui ne contient pratiquement pas de matière tout en étant en parfaite communication avec cette dernière.

   La dépression créée dans la zone dite neutre et la libre communication entre la zone dite active et la zone dite neutre permettent d'assurer un dégazage très efficace et une qualité de matière première inégalée.



  En outre, étant donné que l'opération de dégazage n'est plus soumise à des contraintes d'équilibre des débits dans les deux parties de l'extrudeuse à vis monobloc traditionnelle telle que décrite en référence à la figure 1, la géométrie originale de l'extrudeuse selon l'invention avec sa chambre tampon, se prte à l'utilisation de vis ayant des profils pouvant tre très différents, parfaitement adaptés aux fonctions qu'elles ont à assumer dans chacun des deux éléments qui composent l'extrudeuse. De plus, par sa construction originale, les opérations de maintenance sont facilitées du fait que les parties susceptibles d'tre obturées, comme le filtre et la grille d'extrusion, sont très accessibles et peuvent tre remplacées ou nettoyées aisément, sans que les deux éléments contenant les vis d'extrusion ne soient impliqués dans ces interventions.

   Les dimensions des mailles et de la plaque à trous du filtre peuvent tre adaptées en fonction des besoins spécifiques dépendant notamment de la matière traitée. De mme la grille d'extrusion de la pièce de liaison peut tre adaptée et changée rapidement en fonction des besoins.



  La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS 1. Extrudeuse dégazeuse, comportant un premier élément (110) et un second élément (130) montés en cascade ainsi qu'une pièce de liaison (150) comportant une chambre tampon (151) disposée entre ledit premier élément et ledit second élément et agencée pour recevoir la matière transformée par ledit premier élément et pour la transmettre ensuite audit second élément, et des moyens de dégazage de la matière transformée, ledit premier élément (110) comportant un premier fourreau (111) dans lequel est logée une première vis d'extrusion (112), un premier moteur réducteur (113) d'entraînement de ladite première vis d'extrusion (112), un premier orifice d'entrée (114) de la matière première brute et un premier orifice de sortie (115) de la matière transformée, et ledit second élément (130) comportant un second fourreau (131)

dans lequel est logée une seconde vis d'extrusion (132), un second moteur réducteur (133) d'entraînement de ladite seconde vis d'extrusion (132), un deuxième orifice d'entrée (134) de la matière première et un deuxième orifice de sortie (135) de la matière transformée, ainsi que des moyens de dégazage (136), caractérisée en ce que ladite pièce de liaison est équipée d'au moins une grille d'extrusion (156) montée sur un support et constituant un troisième orifice de sortie (153) qui fait communiquer la chambre tampon (151) avec ledit deuxième orifice d'entrée (134) dudit second élément (130) pour transférer cette matière transformée par ledit premier élément (110), de ladite chambre tampon (151) dans ledit second élément (130) et pour la fragmenter avant son introduction dans ce second élément.

2. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite grille d'extrusion (156) comporte une série d'ouvertures traversantes disposées sensiblement selon l'axe de la chambre tampon (151).

3. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite grille d'extrusion (156) est interchangeable et disposée sur un support solidaire de la pièce de liaison (150) et/ou du second fourreau (131) dudit second élément (130).

4. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite grille d'extrusion (156) est disposée au niveau dudit deuxième orifice d'entrée (134) dudit second élément (130) et comporte une surface cylindrique dont le diamètre correspondant à celui de ladite seconde vis d'extrusion (132), de telle manière que les bourrelets hélicoïdaux de cette vis frottent contre la surface et fragmentent la matière transformée sortant de ladite chambre tampon (151) à travers lesdites ouvertures traversantes.

5. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite chambre tampon (151) comporte au moins un filtre (155) disposé audit troisième orifice d'entrée (152), en communication avec ledit premier orifice de sortie (115) dudit premier élément.

6. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit filtre est interchangeable et monté sur un porte-filtre (154) intégré aux parois de ladite chambre tampon (151).

7. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit filtre est constitué d'au moins une plaque à trous et d'au moins une grille à mailles appliquée sur au moins une des faces de la plaque à trous.

8. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de dégazage équipant ledit second élément (130) comportent un quatrième orifice (136) dit orifice de dégazage qui est disposé en amont dudit deuxième orifice d'entrée (134) dudit second élément (130).

9. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de dégazage sont en communication avec une source de dépression. 10. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite source de dépression est une pompe à vide couplée au fourreau dudit second élément (130) dans une zone de cet élément qui se situe en amont du flux de matière transformée.