Brevet FR2002305A1 — publié le 19691017

-1- 2002305 L'invention concerne un mélangeur servant à travailler des matières synthétiques composites préparées à partir de prépolymères à réaction rapide ainsi que des mélanges de ces matières avec des additifs, dans des chambres de mélange équipées d'agitateurs et auxquelles aboutissent des tuyaux fermés par des soupapes et servant à amener chacun des constituants» Il existe des matières synthétiques composites qui, une fois mélangées, réagissent extrêmement vite et sont déjà durcies au bout de peu de temps* Pour cette raison, la technique a mis au point des chambres spéciales de mélange dans lesquelles les matières synthétiques sont amenées sous pression en passant par des soupapes, en quantités exactement dosées, et où elles sont mélangées intimement par des agitateurs tournants, après quoi elles sont expulsées de la chambre de mélange par l'afflux de nouveaux constituants® Jusqu'à présent, les différents constituants sont livrés en fûts par l'industrie chimique et peuvent être stockées aussi longtemps que l'on veut dans leurs emballages» Mais il existe aussi des matières synthétiques composites qu'il n'est pas possible de travailler sur ces machines parce que les différents constituants, lorsqu'on les mélange directement, ne donnent pas la matière synthétique durcie que l'on désire» Si pareil cas, il faut préparer des prépolymères que l'on doit alors mélanger à d'autres constituants après leur préparation. La préparation de prépolymères hors de la chambre de mélange est possible dans certains cas, plus précisément quand les prépolymères ont des temps de réaction relativement longs, d'un quart d'heure à une heure environ et ne doivent pas être mélangés aux autres constituants avant ce temps» Mais dans de très nombreux cas, les temps de réaction des constituants qui forment les prépolymères sont notablement plus courts» Lis sont de l'ordre de quelques minutes ou quelques secondes» En pareil cas, il est extrêmement difficiles de mélanger les quantités désirées de prépolymères» Le telles matières synthétiques composites, dont il faut travailler déjà les prépolymères quelques secondes après leur mélange en leur incorporant de nouveau constituants bien qu'il ne soit pas possible de mé- 69 03591 2002305 10 langer immédiatement tous les constituants, ne peuvent être préparées jusqu'à présent qu'à l'échelle du laboratoire, par tin travail manuel pénible, les mélangeurs de construction usuelle ne donnent pas satisfaction. C'est pourquoi, jusqu'à présent, ces matières synthétiques n'ont pas été utilisées industriellement malgré leurs excellentes propriétés. En effet, il était impossible jusqu'ici d'effectuer les processus difficiles de mélange dans une machine à couler fonctionnant continuellement mais par intermittence à cause du changement de moules» Il est encore plus difficile de donner aussi à l'installation de fabrication et de transformation des prépolymères une structure telle que l'on puisse travailler des prépolymères qui ont des temps de réaction différents» L'invention fournit un mélangeur très simple ^5 permettant de travailler des matières synthétiques composites préparées à partir de plusieurs constituants en passant par des prépolymères à réaction rapide ainsi que des mélanges de ces matières avec des additifs, ce mélangeur pouvant travailler des prépolymères qui ont les temps de réaction les plus divers sans ^ qu'il soit nécessaire de procéder à des réglages fastidieux* l'invention réside dans le fait qu'au moins deux chambres de mélange en elles-mêmes connues, équipées d'un agitateur et alimentées par saccades et sous .pression par des pompes doseuses synchronisées, sont placées l'une à la suite de 25 l'autre, qu'entre les chambres successives sont prévus des moyens permettant de ralentir l'écoulement de la chambre d'amont vers la chambre d'aval et que des moyens sont prévus pour retarder l'afflux des constituants à la chambre d'aval relativement à l'entrée des constituants dans la chambre d'amont. Avec un mélangeur de ce genre, on peut tout d'abord mélanger un prépolymère, puis, après l'amenée retardée du prépolymère à la deuxième chambre de mélange, mélanger la matière synthétique composite finale» De cette manière, des matières synthétiques composites qui doivent être préparées par 55 l'intermédiaire de prépolymères deviennent susceptibles d'application industrielle. En modifiant les moyens servant à retarder 1 'écoulement de la chambre d'amont à la chambre d'aval, on peut 69 03591 —3— 2002305 régler comme on le veut les temps de retard et les adapter aux temps de réaction nécessaires au. prépolymère» En. outre, ce mélangeur est utilisable dans tous les cas où un mélange en deux ou plusieurs étapes est nécessaire par suite du comportement de vis-5 cosité des constituants, pour des raisons de pigmentation etc... Il est avantageux que les chambres de mélange placées l'une à la suite de l'autre présentent un arbre d'agitateur commun. Ainsi, la structure de l'appareil devient très simple* 10 II est avantageux que les moyens servant à retarder l'afflux à la chambre suivante soient formés par un tuyau long et rétréci. Gela assure une structure très simple du mélangeur. Il est toujours avantageux qu'il n'y ait plus 15 aucune soupape dans le mélangeur dès le stade où plusieurs constituants sont méLangés. Pour cette raison, il est avantageux de prévoir, dans le tuyau entre deux chambres de mélange, un filet hélicoïdal qui sert en même temps à retarder l'afflux du prépolymère à la chambre suivante. Sa effet, grâce à ce filet hélicox-20 dal d'une part on obtient un parcours plus long pour le prépolymère et d'autre part le prépolymère ne s'écoule à travers ce filetage que lorsqu'il apparaît une forte surpression dans la chambre de mélange placée à l'amont, par suite de l'afflux de matière nouvelle venant des tuyaux d'amenée des différents constituants. 25 Avantageusement, le filet est monté fixe sur l'arbre commun d'agitateur. Alors, le filet se meut en même temps que l'arbre d'agitateur. Si le filetage est d'un pas tel qu'il tourne sur l'arbre d'agitateur à l'envers du sens de transport, on obtient un mélange particulièrement intime du prépolymère puis-30 que celui-ci reste longtemps dans le filetage en mouvement. Avec un mélangeur de ce genre, il est possible aussi d'incorporer des additifs au mélange de constituants. Etant donné les processus difficiles de mélange des matières synthétiques composites devant être préparées 35 par l'intermédiaire de prépolymères, il est souvent avantageux que des dispositifs de chauffage et/ou de refroidissement soient prévus sur au moins une chambre de mélange et/ou sur la liaison 69 03591 -4- 2002305 entre les chambres de mélange» Dans certains cas, par chauffage, on peut augmenter notablement la vitesse de réaction tandis que par refroidissement on peut la diminuer. On expliquera plus précisément la nature 5 de l'invention à propos de deux exemples d'exécution représentés par les dessins sur lesquels : - la figure 1 montre un mélangeur comportant deux chambres de mélange placées l'une à la suite de l'autre; - la figure 2 montre un mélangeur comportant 10 trois chambres de mélange placées l'une à la suite de l'autre pour l'incorporation d'additifs à la matière synthétique composite» De mélangeur de la figure 1 se compose de deux chambres de mélange, 1 et 2. Dans la chambre 1, on mélange le prépolymère; dans le tuyau de liaison 3 entre les chambres 1 15 et 2, les constituants du prépolymère réagissent ensemble et dans la chambre 2, on incorpore une autre matière au prépolymère après sa sortie du tube 3. Des tuyaux d'amenée 6 et 7, fermée par des soupapes 4,5 et destinés aux constituants du prépolymère, mènent à la chambre de mélange 1. Des tuyaux 10 et 11 fermés par 20 des soupapes 3, 9 mènent à la chambre de mélange 2"et servent à amener les constituants qui doivent être mélangés au prépolymère sortant du tuyau 3, de manière à former la matière synthétique composite» Pour les deux chambres de mélange, 1 et 2, on a prévu un arbre commun d'agitateur 12 qui porte des éléments agitateurs 25 13 aussi bien dans la région de la chambre 1 que dans celle de la chambre 2. Dans la région située entre lés deux chambres 1 et 2,donc dans la région du tuyau rétréci 3, l'arbre d'agitateur 12 porte un filet 14 qui présente un pas opposé au sens d'écoulement du prépolymère. 30 Par les tuyaux d'amenée 6.,.7,10,11, les dif férents constituants sont introduits sous pression dans les chambres de mélange. On a prévu un dispositif de distribution non représenté qui ouvre les soupapes 8, 9 menant à la chambre 2 avec retard relativement aux soupapes qui mènent à la chambre 1» 35 Pour le début du travail avec cet appareil, on a prévu en outre un dispositif de distribution qui ouvre simplement les soupapes 4,5 menant à la chambre 1 jusqu'à ce que la 69 03591 -s- 2002305 chambre 1 et le tuyau 3 ne soient remplis des constituants du prépolymere» Les parois de la chambre de mélange 1 présentent un dispositif électrique de chauffage 19 de manière à 5 chauffer les constituants mélangés pour former'le prépolymère afin qu'ils réagissent plus vite entre eux. Par un dispositif électrique de chauffage 20, la partie supérieure du tuyau de liaison 3 est chauffée de manière à obtenir ici aussi une réaction plus rapide. Par contre, la partie inférieure du tuyau de 10 liaison 6 est refroidie par un serpentin 21 pour éviter que du prépolymère chauffé ne provoque une réaction trop rapide du prépolymère avec les constituants ajoutés dans la chambre de mélange 2. Au moyen du dispositif de refroidissement 21, on obtient tin refroidissement efficace qui assure le processus de 15 mélange désiré et - dans l'exemple représenté - une réaction hors de la chambre de mélange 2« La figure 2 montre comment, au moyen d'une autre chambre de mélange 15, on peut incorporer des additifs qui entrent par l'ouverture d'introduction 16. L'arbre d'agitateur 20 12 arrive jusque dans la chambre de mélange 3 et porte là aussi des éléments agitateurs 13. Dans le tronçon de tuyau 17, l'arbre d'agitateur 12 porte un filet 18 qui agit de façon analogue au filet 14. EXEMPLE - 25 Dans la fabrication d'une mousse de polyurétha- ne additionnée de ciment, il faut introduire la fraction de ciment en solution aqueuse» Si l'on mélangeait immédiatement à la solution aqueuse de ciment les constituants de la matière synthétique qui comportent -un catalyseur métallique (octoate d'étain) 30 assurant le durcissement, la fraction d'eau pourrait avoir pour effet de détruire le catalyseur de sorte qu'il ne se produirait aucune réaction chimique. C'est pourquoi on prépare le mélange des constituants de matière synthétique et au catalyseur métallique dans la chambre de mélange 1 tandis que l'addition de la so-35 lution aqueuse de ciment se fait dans la chambre de mélange 2. Si maintenant on veut encore ajouter à ce mélange un additif tel que du sable, cela se fait dans la chambre 3» 69 03591 -6- 2002305 BSYUDICHIOIS 1°) - Un mélangeur servant à travailler des matières synthétiques composites préparées à partir de prépoly-5 mères à réaction rapide ainsi que des mélanges de ces matières avec des additifs, dans des chambres de mélange équipées d'agitateurs et auxquelles aboutissent des tuyaux fermés par des soupapes et servant à amener chacun des constituants, mélangeur caractérisé par le fait qu'au moins deux chambres de mélange 10 en elles-mêmes connues, équipées d'un agitateur et alimentées par saccades et sous pression par des pompes doseuses synchronisées, sont placées l'une à la suite de l'autre, qu'entre les chambres successives sont prévus des moyenspermettant de ralentir l'écoulement de la chambre d'amont vers la chambre d'aval 15 et que des moyens sont prévus pour retarder l'afflux des constituants à la chambre d'aval relativement à l'entrée des constituants dans la chambre d'amont» 2°) - Un mélangeur selon 1, caractérisé par le fait que les chambres de mélange placées l*une à la suite de 20 l'autre présentent un arbre d'agitateur commun» 3°) - Un mélangeur selon 1 et 2, caractérisé par le fait que les moyens servant à retarder 1 ' afflux à la chambre suivante sont formée par un tuyau long et rétréci. 4°) -Un mélangeur selon 1 à 3, caractérisé 25 par le fait que les moyens servant à retarder l'afflux de la chambre de mélange suivante sont formés par un filet prévu dans le tuyau réliant les deux chambres* 5°) - Un mélangeur selon 1 à 4, caractérisé par le fait que le fiiet est monté fixe sur l'arbre d'agitateur 30 commun» 6°) - Un mélangeur selon 6, caractérisé par le fait que le filet tourne sur l'arbre d'agitateur à l'envers du sens de transport» 7°) - Un mélangeur selon 1 à 6, caractérisé 35 par le fait que des dispositifs de chauffage et/ou de refroidissement sont prévus sur au moins une chambre de mélange et/ou sur la liaison entre les chambres de mélange»