Brevet FR2004113A1 — publié le 19691121

La présente invention concerne une~tEt~ de soufflage pour la fabrication de feuilles plastiques en gaine, de préférence à parois épaisses, du genre de celles qui sont utilisées pour sacs en matière plastique non soutenus ou produits analogues Une nécessite particulière pour la rentabilité des installations de fabrication de feuilles plastiques en gaine continue est d'obtenir des débits aussi levés que possible ainsi que des vitesses d'évacuation correspondant à ces débits, pour utiliser dans les conditions optimales la boudineuse, la tête d'injection et les dispositifs d'évacuation et pour obtenir un rendement d' extrusion élevé.Le problème principal qui se pose en l'occurrence est de réaliser un refroidissement suffisant de la feuille en gaine extrudée pour que, après mise à plat et écrasement, il n'y ait pas blocage de la feuille, c'est-à-dire pour que ses parois ne se collent pas l'une sur l'autre ce qui peut rendre très difficile le traitement ultérieur pour la fabrication de sachets et sacs. C'est ainsi que, par exemple, lorsqu'il s'agit de feuilles en polyéthylène, la température doit Etre inférieure à 4000 au moment de la mise à plat de la feuille en gaine pour éviter en toute certitude le blocage susdit. Lorsque la feuille en gaine est évacuée à des vitesses éle- vées, la seule façon de résoudre le problème du refroidissement est de refroidir également de façon intensive la face intérieure de la gaine. On a mis au point à cet effet des systèmes de refroidissement par eau et des systèmes de refroidissement par air. Il est relativement facile de monter un dispositif de refroidissement intérieur par eau au moyen d'ampoules de refroidissement ou de serpentins de refroidissement. Mais une feuille en gaine plastique refroidie par eau présente des défauts importants ; par ex- emple, elle est difficile à souder et elle est peu résistante au perçage.En principe, le refroidissement par air est un meilleur procédé mais on rencontre des difficultés sérieuses à faire passer à travers la tete de soufflage de feuille les quantités d'air nécessaires pour un refroidissement par air intensif sans refroidir cette tête de soufflage de manière indésirable. Un autre problème important réside dans l'enroulement des feuilles continues en gaine qui doivent être enroulées en rouleaux de plus de 1200 mm de diamètre. Les tolérances d'épaisseur inévitables de la feuille plastique en gaine s'additionnent par l'enroulage de telle façon que les emplacements les plus épaia de la feuille forment sur les rouleaux des.bourrelets, connus sous le nom de "segments de piston", sous l'effet desquels la feuille plastique se distend et se plisse par endroits de sorte que le traitement ultérieur de la feuille en gaine sur des machines à imprimer et des machines à sacs peut être sérieusement genre. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de nombreux dispositifs qui reposent tous sur le principe de solution consistant à prévoir entre la tête de soufflage de feuille et le dispositif d'écrasement et d'enroulement un mouvement relatif de rotation ou de réversion grace auquel les défauts d'épaisseurs de la feuille sont répartis uniformément sur toute la largeur du rouleau de feuille. Dans un premier groupe de dispositifs de ce genre, les boudineuses à cylindre dressé verticalement avec la tête d'extrusion montée à poste fixe et tous les dispositifs annexes tels que moteur de commande et coffret de régulation sont placés sur un plà- teau tournant. Suivant une variante de cette idée de base, seul le cylindre de refoulement sur lequel est fixée la tête d'extru- sion est monté rotatif. Il y a lieu de remarquer en ce qui concerne ces dispositifs qu'il s'agit de types de dispositifs spé- ciaux qui ne peuvent être utilisés pour d'autres productions ou fabrications. En outre, le dispositif d'alimentation en énergie de chauffage et en énergie motrice ainsi qu'en agents de refroidissement est coûteux et délicat. Dans un deuxième groupe de dispositifs connus, le dispositif de mise à plat, d'écrasement et d'enroulement est monté rotatif. Outre l'inconvénient que présentent l'importance de la dépense mécanique et l'encombrement, il y a lieu de remarquer que le changement de rouleau pose un problème difficile à résoudre étant donné les diamètres de rouleau importants qui ont été signalés ci-dessus, d'autant plus que, dans les types de dispositifs usuels, les dispositifs d'enroulement se trouvent sur des échafaudages de 5 mètres de haut d'où les rouleaux de feuille doivent être descendus sur le sol du hall. Dans un troisième groupe de dispositifs du genre dont il est ici question, et qui est très répandu, des têtes de soufflage de feuille normales, à alimentation centrale, sont reliées de fa çon rotative avec le cylindre d'extrusion de la boudineuse et tournent soit dans un seul sens soit alternativement dans un sens et dans l'autre grtce à un dispositif dit de réversion. Dans le premier cas, la transmission de l'énergie de chauffage ainsi que des courants de mesure des thermocouples doit s'effectuer par des éléments à bagues collectrices tandis que dans le deuxième cas cette transmission s'effectue au moyen de câbles de contact à accompagnement. La transmission d'énergie par bagues collectrices est toujours sujette à des incidents de fonctionnement et la transmission par contacts à accompagnement conduit également à la longue à des dérangements.En outre, dans ce genre de dispositifs il n'est pas possible de monter un système de refroidissement intérieur pour la face intérieure des feuilles en gaine à rendement suffisant ; en particulier, à cause des grandes surfaces transversales nécessaires, il n'est pas possible d'utiliser un système de refroidissement par air qui est en principe plus satisfaisant que le refroidissement par eau, qui a été essayé dans le type dit à réversion en acceptant la dépense élevée et les risques d'incidents de fonctionnement dûs aux conduites flexibles qui doivent être enroulées et déroulées.En outre, la partie rotative est chargée par des forces extrêmement élevées dues à la pression de la masse plastique fondue qui s'exerce sur sa face frontale, provenant du mouvement de la masse fondue de l'intérieur vers l'extérieur à la façon du déplacement d'un piston dans un cylindre il est donc nécessaire de prévoir en fonction de cette pression des traverses à grande section transversale à l'intérieur de 1' espace annulaire ascendant qui aboutit à l'orifice du bec de tuyère et, en raison de leur grande longueur nécessaire, ces traverses provoquent la formation dans la feuille plastique de bandes qui, d'une part, sont visibles et, d'autre part, nuisent suffisamment à la solidité de la feuille pour qu'il soit déjà arrivé de voir la feuille se découper en autant de bandes longitudinales sous l'effet d'une charge minime. La présente invention permet d'éviter les inconvénients des dispositifs connus pour la fabrication de feuilles plastiques en gaine continue et elle propose une tête de soufflage de feuille qui, d'une part, permet un refroidissement par air intensif de 1' intérieur de la feuille en gaine et, d'autre part, répartit uniformément les variations d'épaisseur de la feuille sur la totalité de la largeur du rouleau de feuille tout en évitant la formation de bandes ou de défauts de solidité qui diminuent la qualité du produit. Suivant l'invention, la tette de soufflage destinée à la fa brication de feuilles plastiques en gaine continue est caractérisée en ce que la conduite d'alimentation pour la masse plastique fondue pénètre latéralement dans la tête de soufflage de feuille et débouche dans un espace annulaire ; elle est caractérisée de plus en ce que les douilles formant la tuyère annulaire de la tête de soufflage sont montées rotatives dans le corps de tête de soufflage qui comporte l'espace annulaire et en ce qu' elles entourent un orifice de grande dimension pour amener et évacuer axialement l'air de refroidissement pour le refroidissement intérieur de la feuille en gaine.Grace à la combinaison proposée par l'invention, il est possible dé monter intérieurement le dispositif de refroidissement par air sans nuire à la qualité de la feuille en gaine fabriquée et on diminue de plus notablement les forces de pression qui doivent être supportées par les traverses de liaison car la surface annulaire de l'une des douilles chargée à la façon d'une tête de piston ne représente qu'une faible fraction de lalsurface circulaire totale résultant du diamètre extérieur. Suivant un développement de l'invention, l'espace annulaire prévu dans le corps de tête de soufflage pour la masse plastique fondue peut se raccorder directement par transition continue avec un espace annulaire formé par les deux douilles rotatives ; dans la zone où la masse fondue passe du corps de tête de soufflage aux douilles intérieures rotatives, ces deux douilles sont dans ce cas reliées l'une à l'autre par des traverses parallèles à l'axe, de faible longueur dans le sens d'écoulement et traversant de part en part les deux douilles. Suivant un développement de ce mode de réalisation, ces traverses présentent de préférence une section transversale fuselée et favorable du point de vue coulement qui va en se rétrécissant de l'extérieur vers l'intérieur.Par suite de l'effet de trarnage des traverses qui tournent lentement, on évite un inconvénient qui se présentait Jusqu' à maintenant toujours avec le système d'arrivée latérale de la masse plastique fondue dans la tête de soufflage. En effet, dans le canal annulaire de distribution recevant la masse fondue introduite et assurant son écoulement, il se formait en face de 1' orifice d'entrée un point de stagnation où, par suite de son contact prolongé avec les parois du canal de distribution, la masse plastique fondue subit des modifications de structure telles qu' il se forme à cet endroit dans la feuille des bandes longitudina les qui non seulement nuisent à l'aspect de la feuille mais provoquent souvent dans cette zone des défauts sérieux-de solidité de la feuille.Par suite de l'effet de trarnage des traverses qui passent en tournant lentement, cette-bande due aux modifications de structure de la masse plastique fondue est répartie uniformément à l'intdrieur de l'espace annulaire de sorte qu'il ne peut plus se produire de marquage de la feuille par des bandes visibles ni de diminution de la solidité de cette feuille en gat- ne continue. Certes, les traverses qui relient les deux douilles séparent le courant d'arrivée de la masse fondue, mais la longueur de traverse mesurée dans le sens d'écoulement et par conséquent la durée de séparation de courant de masse fondue peuvent être maintenues suffisamment faibles pour qutil ne puisse se produire de détérioration mesurable de la masse fondue ni de formation de bande.Il est possible de se contenter d'une faible longueur pour les traverses car, dans le mode de réalisation suivant l'invention, les deux douilles qui forment la tuyère annulaire ne sont que très faiblement chargées l'une par rapport à l'autre dans le sens axial et les traverses n'ont à supporter que la contrainte de traction provenant de la pression intérieure des surfaces de passage situées entre elles et s'exerçant sur la douille extérieure. Suivant un développement avantageux de l'invention, les douilles formant la tuyère annulaire de la tête de soufflage de feuille sont chauffées indirectement par l'intermédiaire du corps de tête d'extrusion lui-même chauffé directement, et les températures des douilles rotatives sont mesurées par des palpeurs pyrométriques qui sont disposés dans le corps de tête de soufflage fixe et mesurent les températures par l'intermédiaire d'éléments à frottement à bonne conductibilité calorifique, sollicités par des ressorts et appliquéau contact des douilles. On évite ainsi les organes de transmission à bagues collectrices pour les tensions thermo-électriques et pour l'énergie de chauffage qui sont sujets à de nombreux incidents de fonctionnement, ce qui améliore notablement la sûreté de fonctionnement.Suivant une autre proposition de l'invention, les côtés sorties des douilles formant la tuyère annulaire qui sont dégagés et ne sont pas entourés par des parties chauffées du corps de tête de soufflage peuvent être munie de revêtements calorifuges pour éviter le plus possible tout refroidissement de la tête d'extrusion sous l'effet de l'air de refroidissement. Pour la même raison, il est proposé par l'invention de disposer dans le canal intérieur de la tette de soufflage, c'est-à-dire entre le courant d'air de refroidissement et le corps de tête de soufflage, des éléments chauffants, le tuyau d'arrivée d'air pouvant etre séparé par une couche d'air de ces éléments de chauffage au contact contre le corps de teste de soufflage et être revêtu d'une ttle réflectrice. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence auxdessins annexés dans lesquels la figure 1 représente en coupe axiale une tête de soufflage de feuille suivant l'invention la figure 2 représente une coupe effectuée suivant la ligne Il-Il de la figure 1, et la figure 3 représente schématiquement une installation de soufflage-extrusion de feuille plastique utilisant la tête de soufflage de feuille des figures 1 et 2. Suivant-le mode de réalisation choisi et représenté à la figure 1, le corps de tête de soufflage de feuille 5 est fixé par l'intermédiaire d'un raccord 2 au cylindre de refoulement 1 d'une presse à extrusion non représentée. La masse plastique fondue pénètre latéralement par le canal 4 dans le canal répartiteur annulaire 5 dont la section transversale est maximale à l'orifice d' entrée 4 et va en diminuant uniformément des deux cotés jusqu'au point de stagnation situé en face. Au point de stagnation est disposée une cloison de séparation qui, vers le bas, se termine en une arête 6 dirigée dans le sens radial et s'élargit vers le haut suivant un profil favorable au point de vue écoulement. Les courants partiels de la masse fondue se réunissent par conséquent en dessous de l'arête 6. Grace à la paroi de séparation connue en soi dont la section transversale est sensiblement en forme de coin, on empêche la masse plastique de séjourner dans la zone de stagnation. La chute de pression qui se produit dans le sens périphérique à l'intérieur du canal de répartition 5 dans la masse plastique fondue est compensée de préférence par la fente d'étranglement 7a, 7b rencontrée ensuite, cette fente ayant sa largeur la plus faible 7a sous l'orifice d'entrée de matériau et s' élargissant ensuite uniformément jusqu'à la largeur 7b sous l'a rête 6, de sorte que dans l'espace annulaire suivant 8 règnent des conditions de pression et de vitesse d'écoulement égales. Les douilles 10 et il formant la tuyère annulaire 9 sont reliées l'une à l'autre par des traverses 12 parallèles à leur axe et sont montées rotatives à l'intérieur du corps 3 au moyen de paliers à roulement ou à glissement 13. Comme le montre la figure 2, la section transversale des traverses 12 est en forme de goutte de façon à favoriser l'écoulement de l'extérieur vers l' intérieur. La commande de la garniture rotative 10, 11 s'effectue par l'intermédiaire de la roue dentée 14 sous l'action du moteur-réducteur 15 et l'étanchéité de l'ensemble rotatif 10, il par rapport à l'espace annulaire 8 est assuré par les éléments d'étanchéité 16a, 16b. La tette de soufflage de feuille est chauffée par les éléments chauffants 17a, 17b et 17c représentés schématiquement et fixés aux parties de la tête de soufflage non rotatives. La mesure des températures sur les douilles rotatives 10 et Il s'effectue-par l'intermédiaire de palpeurs pyrométriques qui sont logés dans les éléments glissants 18 et 19 faits en matériau à haute conductibilité calorifique et maintenus appliqués élastiquement contre les douilles. Les surfaces de l'ensemble rotatif 10, Il, 14 qui ne sont pas entourées par des parties chauffées du corps de dispositif sont recouvertes par les capuchons calorifuges 20 et 21. L'arrivée de l'air de refroidissement s'effectue de préférence par le tuyau central intérieur 22 tandis que l'évacuation de l'air de refroidissement se fait par le canal annulaire 23. Pour éviter un refroidissement indésirable de la tête de soufflage par le courant de retour d'air de refroidissement, il est ménagé une couche d'air entre le tuyau extérieur du canal annulaire 23 et l'élément chauffant 17c et, de plus, le tuyau extérieur 23 est revêtu d'une tôle réflectrice ondulée et polie. -- Grace à la tête de soufflage de feuille 3 suivant l'invention, avec sa tuyère annulaire rotative 10, 11 et ses orifices coaxiaux de passage d'air de grandes dimensions 22, 23, on obtient un excellent refroidissement intérieur de la feuille plastique en gaine extrudée 26. La conduite d'arrivée 22 est complétée par un long tuyau directeur intérieur 24 (figure 3) qui, pour augmenter la vitesse de l'air froid circulant en revenant le long de la face intérieure de la feuille et par conséquent pour augmenter l'effet de refroidissement, peut avoir un diamètre s'élar gissant jusqu'au diamètre de la fente de tuyère annulaire 9. L' air de refroidissement intérieur est fourni par une soufflerie 31 et, finalement, sort de la tête de soufflage 3 vers le bas après qu'il a dépassé le canal annulaire 23.L'air de refroidissement extérieur est fourni par une soufflerie 30 et est amené sur la face extérieure de la feuille par un anneau de refroidissement 25a qui, de préférence, participe au mouvement de rotation. L'effet de refroidissement est renforcé par une chemise conductrice d'air extérieure 25b.L'effet de refroidissement peut encore être sensiblement augmenté si on utilise également pour le courant d' air de refroidissement extérieur une pression supérieure à la pression atmosphérique, la pression du courant d'air de refroidissement intérieur étant supérieure à celle du courant d'air de refroidissement extérieur d'une quantité égale à la pression nécessaire pour l'élargissement de la gaine continue en feuille plastique. Gracie à ces pressions d'air de refroidissement plus élevées, on obtient une chute de pression plus élevée par rapport à la pression extérieure et par conséquent on augmente la vitesse de circ#tion d'air, ce qui améliore comme on le désire le rendement de refroidissement. Ensuite, la feuille plastique en gaine refroidie 26 est mise à plat de façon connue en soi au moyen de plaques 27, écrasées par la paire de rouleaux 28, et tirée et enroulée au moyen du dispositif d'enroulement 29. Ci-après sont présentés les points remarquables de la tête de soufflage de feuille suivant l'invention qui permettent le montage des grands orifices de passage coaxiaux pour l'air de refroidissement intérieur sans présenter les inconvénients des types connus de tête de soufflage. La bande qui se forme par suite du changement de structure de la masse plastique fondue derrière l'arête de sortie 6 du ca de nal distribution est répartie uniformément par suite de effet de trarnage des traverses 12 qui passent lentement en tournant dans la partie de l'espace annulaire 8 qui est limitée par les douilles 10 et Il de sorte qu'il ne peut y avoir de marquage par bandes visible ou de diminution de la solidité de la feuille plastique en gaine extrudée.Les traverses 12 qui relient les deux douilles 10 et 11 de la tuyère annulaire provoquent Svidem- ment une séhparation indésirable en soi du courant d'arrivée de la masse fondue, mais la longueur de traverse mesurée dans le sens de circulation et par conséquent la durée de séparation du courant de masse fondue sont si faibles qu'il ne peut y avoir de détérioration mesurable de la masse fondue ni de formation de bandes.La faible dimension en longueur des traverses mesurée dans le sens d'écoulement est possible grâce au fait que les deux douilles de tuyère annulaire 10 et Il ne sont que très faiblement chargées l'une par rapport à autre dans le sens axial et que les traverses 12 ont uniquement à supporter la contrainte de traction qui résulte dans la douille 10 de la pression intérieure des surfaces de passage placées entre elles. Les traverses peuvent donc titre faites en principe aussi courtes que l'on veut compte tenu d'une stabilité de forme suffisante. Les éléments d'étanchéité 16a, 16b entre les parties fixes et les parties mobiles de la tête se trouvent immédiatement devant la fente de tuyère annulaire 9 où on sait par expérience que la pression de la masse fondue est plus faible que devant le canal d'entrée de masse fondue dans une tête de soufflage de feuille, c'est-à-dire là où doivent être habituellement prévus les éléments d'étanchéité dans les dispositifs à réversion avec tête de soufflage tournante. Grâce à ce fait et grâce aussi au régime de rotation très bas de la tuyère annulaire rotative 10, 11, régime qui est de l'ordre de 0,1 tour/minute, on obtient une étanchéité très sure contre la pression de la masse fondue de matière plastique. Les éléments chauffants 17a, b et c de la tête de soufflage de feuille sont exclusivement fixés aux parties fixes de la tête de soufflage ; il en est de même pour les palpeurs pyrométriques qui, par l'intermédiaire des éléments glissants conducteurs de chaleur 18 et 19, mesurent les températures du système de tuyère annulaire rotative 10, 11. On peut ainsi se passer des organes de transmission à bagues conductrices pour les tensions thermoélectriques et pour l'énergie de chauffage qui sont facilement sujets aux dérangements, ce qui améliore sensiblement la sûreté de fonctionnement. Pour régler une largeur de fente de bec de tuyère uniforme sur toute la périphérie, il est prévu de façon non représentée une possibilité de centrage connue en soi. Au lieu du canal distributeur annulaire suivi d'une fente d'étranglement à largeur variable sur sa périphérie, on peut utiliser un organe de déviation comportant des ilotes de refoulement en forme de coeur comme on en utilise normalement avec les têtes d'injection à chemise comportant une entrée de matériau latérale. Mais ce mode de réalisation obligerait à rallonger sensiblement la tête d'injection dans le sens axial. REVEDICAIONS 1) gête de soufflage de feuille plastique pour la fabrication de feuilles plastiques en gaine continue caractérisée en ce que la conduite d'arrivée pour la masse plastique fondue pénètre latéralement dans la tette de soufflage et débouche dans un espace annulaire, et en ce que les douilles formant la tuyère annulaire de la tette de soufflage sont montées rotatives dans le corps de tête de soufflage comportant 1'espace annulaire et entourent un orifice de grande dimension pour l'arrivée et l'évacuation de 1' air de refroidissement destiné au refroidissement intérieur de la feuille en gaine. 2) T#te de soufflage de feuille suivant revendication 1, caractérisée en ce que l'espace annulaire pour la masse plastique fondue disposé dans le corps de tête de soufflage se raccorde par transition directe avec un espace annulaire formé par les deux douilles rotatives, et caractérisé en outre en ce que, dans la zone de passage de la masse fondue entre le corps de tette de soufflage et les douilles intérieures rotatives, ces deux douilles sont reliées l'une à l'autre par des traverses traversant l' espace annulaire, parallèles à l'axe des douilles et de faible longueur dans le sens d'écoulement, ces traverses présentant de préférence une section transversale en forme de goutte allant en se rétrécissant de l'extérieur à l'intérieur, favorable à l'écoulement. 3) Tette de soufflage de feuille suivant revendications1 et 2, caractérisée en ce que les douilles formant la tuyère annulaire de la tête de soufflage de feuille sont chauffées indirectement par l'intermédiaire du corps de tête de soufflage lui-même chauffé directement. 4) Tête de soufflage de feuille suivant revendication 3, caractérisée en ce que les températures des douilles rotatives sont mesurées par des palpeurs pyrométriques qui sont disposés dans le corps de tette de soufflage fixe et mesurent les températures par l'intermédiaire d'éléments glissants à bonne conductibilité calorifique, sollicités par ressorts et appliqués contre les douilles. 5) Tête de soufflage de feuille suivant une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les faces de sortie des douilles formant la tuyère annulaire qui sont dégagées et ne sont pas entourées par des parties de corps de tête de soufflage chauffées sont munies de dispositifs de recouvrement calorifuges. 6) Tête de soufflage de feuille suivant une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des éléments chauffants sont disposés dans le canal intérieur de la tête de soufflage et en ce que le tuyau de guidage d'air de refroidissement est séparé par une couche d'air formant isolation des éléments chauffants au contact contre le corps de tête de soufflage et est revêtue d'une tôle réflectrice.