Brevet FR2008656A1 — publié le 19700123

155t6 1 /008656 La présente invention se rapporte à une extrudeuse ou boudineuse pour la mise en oeuvre en continu d'opérations de mélange, dshomogénéisation et de réaction pour des matières ou des mélanges de matières coulables, en particulier visqueux, cette 5 boudineuse se composant d'au moins une vis qui comprend une zone d'alimentation suivie d*une zone de"mélange et qui est enfermée dans un carter essentiellement cylindrique,. Pour la préparation de matières thermoplastiques, par exemple pour l'introduction avec mélange de colorants et d'autres ■jq additifs ainsi que pour le mélange de plusieurs composants d'une matière coulable ou visqueuse, il est nécessaire de procéder à un mélange intensif et à l'homogénéisation de ces matières. L'effet de mélange insuffisant que donne, par exemple d'un vis conduit lors de l'extrusion à des différences d'épaisseur et à des varia— 15 tions de qualité du produit extrudé, ainsi qu'à une surface rugueuse, non homogèneo II en résulte une altération inadmissible aussi bien de la résistance que de l'aspect du produit final® Il est déjà connu de procéder au mélange et à l'ho®og©= néisation d'un mélange de matières visqueux dans des boudineuses 20 comportant des zones particulières de mélange et d*homogénéisation entre l'entrée et la sortie de la vis» On connaît à eet effei9 par exemple des vis à pas variable ou comportant des sections à. pas contraire ou également des sections sans fileto En outre, on utilise également des vis comportant des filets superposés à pas 25 petit et grand dans la même section, ou des rudiments de filets correspondants, par exemple des chicanes ou des corps de pétrissage, En dehors de ces dispositifs de mélange dans lesquels la durée de séjour de la matière dépend.essentiellement de la vitesse de passage dans le dispositif de mélange ou dans la zone de mélan-30 ge, on connaît un dispositif de mélange selon le brevet allemand n2 1o200«788 dans lequel les opérations de mélange et d'alimentation ont lieu indépendamment l'une de l1autre0 Il est possible d'obtenir d'une manière simple un mélange satisfaisant de la matière en choisissant une plus faible 35 profondeur de filet, avec augmentation correspondante du diamètre du noyau. Des filets de faible profondeur donnent lieu à un cisaillement intense et par conséquent à un mélange intensif de la matière à homogénéisera Toutefois, lorsqu'on adopte des filets g'AD ORIGINAL 69 15516 2 2008656 de-faible profondeur» le débit est limité,--à moins que 1*on utilise des vis de grand diamètre» La présente invention vise à obtenir une bonne homogénéisation de la matière tout en conservant un débit relative-«i ment important et une vis à"noyau de faible diamètre» On a constaté que du fait que l'écoulement de matières visqueuses est généralement laminaire, il est essentÊl , en vue d'obtenir le résultat recherché, de superposer à la direction d'écoulement principale de la matière, par l'utilisation de dispositifs •JO particulier un mouvement dé matière perpendiculaire à cette direction, afin de donner à l'écoulement laminaire des propriétés tur» bulentes et d'assurer ainsi un mélange intensif» Selon lîinvention, on obtient ce résultat en disposant dans la zone de mélange, entre les filets d'une ou de 15 l'une des vis ou d'une hélice, une paroi de séparation hélicoïdale, percée de trous, de fentes ou d'ouvertures semblables, dont la distancé radiale au noyau de la vis associée, d'une part, et à. la face intérieure cylindrique du carter, d'autre part, est variable en direction longitudinale de la vis ou de l'hélice et qui 20 subdivise le filet en des canaux intérieur et extérieur, de section variableo Les canaux sont reliés entre eux par les trous ou les fentes de la paroi de séparation» Grâce à cet agencement, la matière à homogénéiser est obligée, en traversant la zone de mélange, de passer par les ouvertures de la paroi de séparation 25 sous la forme de petites veines partielles, alternativement du canal intérieur dans le canal extérieur et inversement, le transport dans la direction d'écoulement principale n'étant que peu freinéo Le mouvement d'échange radial de la matière coulable ou visqueuse conduit à l'effet de mélange intensif recherché» 30 Du fait que le canal situé entre la paroi de sépa ration et le noyau de la vis, c'est-à-dire le canal intérieur n'est accessible qu'au commencement et à la fin de la zone de mélange, en. direction de l'hélice avec des objets solides, par exemple avec des appareils de nettoyage, et que l'accessibilité 35 est difficile même à ces endroits, il peut être avantageux de séparer au voisinage de la zone de mélange l'un de l'autre le noyau de la vis et l'hélice de la vis avec la paroi de séparation, et de relier le noyau de la vis et/ou le filet de la vis de façon amovible 69 15516 3 2008656 à la partie correspondante de la vis de la zone dsalimentation© Cet agencement permet un nettoyage aisé du noyau de la vis et de la face intérieure de la paroi de séparation dans la zone de mélange » 5 Tant que la matière introduite n'est pas encore vis queuse, le montage des parois de séparation n'est pas recommandé^ d'autant plus que ces dernières auraient une influence défavorable sur l'établissement de la pression* Par conséquent, les spires se trouvant au début de la vis ne reçoivent pas de paroi 10 de séparation, afin d'assurer ici l'établissement de la pression» Dans la zone suivante de mélange équipée de la paroi de séparation perforée, la matière visqueuse à liquide est transportée et mélangée, généralement sans augmentation de pression» Suivant une autre caractéristique de l'invention* le 15 noyau de la zone de mélange, séparé aussi bien du noyau.de la vis de la zone d'alimentation que de l'hélice de la zone de mélange peut être, côté, sortie, monté en rotation et entraîné de façon indépendantes Le mouvement relatif entre le noyau de là vis et l'hélice assure un mélange supplémentaire de la matière s. homogé— 20 néiser» Afin d'obtenir uj/effet de mélange et d'homogénéisation encore plus intensif, il est possible, selon l'invention, d'entourer une vis centrale au voisinage de la zone de mélange par une hélice sans noyau, dont le pas est égal ou contraire au pas de la 25 vis centrale et entre les spires de laquelle est disposée une paroi de séparation hélicoïdale, percée de trous, de fentes ou d'ouvertures semblables, la distance radiale de la paroi de séparation à la partie associée du noyau de la vis centrale, d'une part, et à la face intérieure cylindrique du carter, d'autre part, étant 30 variable en direction longitudinale de la vis, et l'hélice sans noyau avec la paroi de séparation hélicoïdale perforée étant montée en rotation en entraînée, côté entrée ou côté sortie,. Lors de l'entraînement côté entrée, l'hélice avec la paroi de séparation intermédiaire forme le prolongement d'une enveloppe tubulaire qui 35 entoure la vis centrale au voisinage de la zone d'alimentation à, la manière d'un cylindre usuel d'extrudeuse, afin qu'il soit possible de produire la pression d'alimentation nécessaire dans la masse plastifiéeo Au voisinage de la trémie d' alimentation de la boudi- bad original 69 15516 4 2008656 neuse, l'enveloppe tabulaire présents des ouvertures en forme de fenêtre, qui permettent à la matière brute d'arriver à la vis d'alimentation. En passant par les nervures subsistant entre les ouvertures en forme de fenêtre, le couple d'entraînement est 5 transmis à l'enveloppe tubulaire et à l'hélice faisant suite à cette enveloppeo Lors de l'entraînement de l'hélice côté sortiet l'enveloppe tubulaire p&ut se terminer avant le commencement de la zone d'alimentation* On obtient des résultats également avantageux* 1Q en faisant en sorte, selon l'invention, que le noyau de la vis se termine au commencement de la zone de mélange et que l'hélie© de la zone de mélange soit reliée au noyau de la vis de la son© d'alimentation par la paroi perforée qui subdivise le filet formé par l'hélice en un canal intérieur et en un canal extérieur, le 15 diamètre intérieur ainsi que le diamètre extérieur de la spire étant supérieurs à ceux de la spire de la zone d'alimentation et la paroi de séparation perforée constituant un élargissement es forme d'entonnoir ou en forme de cloche, dans lequel s'engage uae seconde vis co-axiale ou sensiblement co-axiale à la preaiière visf 2Q dont le filet coopère avec le filet du canal intérieur de l'héliee de la première vis, qui présente un plus grand diamètre. On a constaté qu'il est particulièrement avantageux à ce sujet que la seconde vis s'engageant dans l'élargissement en forme d'entonnoir de la première vis soit montée en rotation et entraînée, côté sor— 25 tie, le sens aussi bien de son mouvement de rotation que de son filet pouvant être opposé k ceux de la première vis9 Le dessin annexé représente schématiquement plusieurs exemples d* réalisation non limitatifs de l'objet de la présente invention; sur ce dessin s 30 la figure 1 est une vue d'ensemble d'une boudi neuse entraînée uniquement côté entrée; la figure 2 est une vue d'ensemble d'une boudineuse entraînée côté entrée et côté sortie; la figure 3 est une coupe d'une boudineuse 35 ayant une vis à section de transport normale et à zone de mélange conforme à l'invention; la figure 4 est une coupe suivant IV—IV de la figure 3; * BAD ORIGINAL' 69 155Ï6 5 008656 la figure 5 est une coupe du cylindre* d'une boudineuse comportant une vis dont le filet est séparé du noyau de la vis dans la zone de mélange conforme à l'invention; la figure 6 est une coupe suivant TI-VI de la figure 5 5| 10 la figure 7 est une vue partielle de la paroi de séparation; la figure 8 est une vue identique à celle de la figure 7 d'une variante de la paroi de séparation; la figure 9 est une coupe partielle d'un autre exemple de réalisation conforme à l'invention; la figure 10 est une coupe partielle d'un exemple de réalisation supplésentaire conforme à l'invention» Les vues d'ensemble selon les figures 1 et 2 mettent 15 en évidence la construction de deux boudineuses conformes à l'in» vention» La boudineuse selon la figure 1 se compose essentiellement d'un bâti 1, d'un mécanisme d'entraînement 2, d'un cylindre 3 avec appui 4, d'une trémie d'alimentation 5 et d'une bride de fixation 6 pour un outil d'extrusion quelconque, non représentée 20 La boudineuse selon la figure 2 se distingue essentiellement de celle de la figure 1 par un second mécanisme d'entraînement 7» placé côté sortie, entraînant le cas échéant une seconde vis et reposant sur un bâti auxiliaire 8. Du fait que la masse en fusion quitte ici le cylindre 3 dans le sens radial, la bride de fixation 25 6 est montée sur la périphérie du cylindre 3, soit comme le montre la figure 2 sur le côté inférieur du cylindre, sôit sur le côté supérieur ou latéral du cylindre 3o Sur la figure 3 qui représente une partie d'une boudineuse, le filet est coupé dans le sens de la longueur de la vis, 30 dans le plan médian vertical, et le côté orienté vers l'observateur est supprimé pour plus de clarté; le noyau 9 de la vis et le filet 10 sont réalisés d'une seule pièce,, La zone de mélange et la paroi de séparation 12 commencent au point désigné par la flèche 11. La paroi de séparation comporte un grand nombre de perçages 13 par 35 lesquels la matière en fusion est refoulée, lors de son passage par la zone de mélange, alternativement du canal intérieur dans le canal extérieur et inversement® Ce mouvement transversal au bad original 69 15516 6 2008656 mouvemeat de transport de la masse en fusion est imprimé par l1agencement excentrique de la paroi de séparation 12, comme cela est visible sur la figure 4» De même, rapporté à la'figure l'agencement de la paroi de séparation selon la figure 6 donnerait 5 le même effet. Dans le dispositif conforme à l'invention selon la figure 5, le noyau 14 et le filet 15 sont séparés l'un de l'autre au voisinage de la zone de mélange„ Le filet 15 de la zone de mélange et le filet 16 de la zone d'alimentation peuvent être 10 réalisés d'une seule pièce ou peuvent également être reliés de façon amovible entre eux (non représenté)» Comme J.e montre la figure 5, le noyau 14 de la vis de la zone de mélange peut être relié de' façon amovible au noyau 17 de la zone d'alimentation, par exemple au moyen d'un embaè fileté 19 et d'un trou taraudé 15 correspondant 20. Bans l'agencement qui vient d'être décrit et qui est représenté sur la figure 5» le noyau 14 de la vis peut se terminer du côté droit au même point que la zone de mélange* Cet agencement peut cependant être modifié également dans ce sens que le noyau 14 de la vis porte, non pas un embout fileté 19» 20 mais un tourillon, tandis que le trou taraudé 20 pratiqué dans le noyau 17 de la zone d'alimentation se présente sous la forme d'un palier lisse» Dans ce cas, le noyau. 14 peut être monta dans le carter cylindrique 3 et être entraîné de façon usuelle côté sortie» 25 La figure 6 qui est une coupe suivant YI-V1 de la figure 5 permet de reconnaître" l'agencement de la paroi de séparation par rappçrt au profil de la vis» Cet agencement presque elliptique ou ovale de la paroi de séparation 12 autour du noyau 14 de la vis fait que la matière en fusion devant être transportée 30 ou mélangée, se trouve refoulée au cours de son passage à travers le filet de la zone de mélange, alternativement du canal intérieur dans le canal extérieur et inversement» Cela permet d'obtenir l'effet de mélange décrit déjà au sujet de la figure 4. Modifié suivant l'agencement de la figure 5, l'agencement de la paroi 35 ie séparation selon la figure 4 donnerait le même résultat» Les ouvertures 13 et 21 représentées sur les figures 7 et 8 dans la paroi dé séparation ne doivent pas être considérées que comme exemples limitatifs» L'agencement, le nombre et lç BAD ORIGINAL 69 15S16 7 2008656 diamètre des trous 13 représentés su? la figure T peuvent varier® Aucune limitation n'est imposée par la figure 8 quant à la largeur, la forme et la position angulaire des fentes 21 par rapport au filet 10® En profil, il est possible d'utiliser sur les figures; 5 7 et 8 les deux agencements de la paroi de séparation selon les figures 4 et 6» La figure 9 représente un autre exemple du dispositif conforme à l'invention» Les cotes de la vis centrale 22$ par exemple le diamètre extérieur, le pas, lai profondeur du filet, la 10 largeur des spires, etc».o peuvent être les mêmes dans la zone d'alimentation et dans la zone de mélanges La subdivision en un canal intérieur et en un canal extérieur par la paroi de séparation 12 a lieu ici, non pas sur la vis centrale 22, mais sur une vis auxiliaire 23 qui se compose essentiellement d'une hélice 24, de 15 nervures de liaison^2^ret d'un arbre de support ou d'entraînement 26 et qui représente/ainsi dire le prolongement de 1®enveloppe tubulaire 34. L'enveloppe 34 entoure la vis centrale 22 au voisin-nage de la zone d'alimentation de telle manière que la pression nécessaire puisse être produite dans la masse plastifiée0 Le filet 20 formé par l'hélice 24 est de nouveau subdivisé à l'aide de la paroi de séparation perforée 12 en un canal intérieur et en un canal extérieur» L'hélice 24 est réalisée de manière qu'elle s'étende uniquement sur la zone de mélange et puisse être entraînée côté sortie, selon la figure 2» En outre, l'hélice 24 peut cependant 25 être entraînée également côté entrée, en passant par l'enveloppe tubulaire 34» Dans ce dernier cas, l'enveloppe 34 présente au voisinage de la trémie d'alimentation des ouvertures en forme de fenêtre qui permettent à la matière brute d'arriver à la vis d'alimentation» En passant par les nervures entre les ouvertures en forme 30 de fenêtre, le couple d'entraîmement est transmis à l'enveloppe tubulaire et à l'hélice 24 faisant suite à cette dernière» Lors de l'entraînement de l'hélice 24 côté sortie, l'enveloppe 34 peut s'arrêter avant le commencement de la zone de remplissage. L'effet de mélange obtenu grâce à cet agencement est très bon» 35 La figure 10 représente une autre variante de l'objet de l'invention, permettant d'obtenir un effet de mélange également efficace. Le noyau 27 de la vis 28 se termine au commencement de la zone de mélange dans laquelle il s'évase ensuite pour \ bad original 8 2008656 . 69 15516 constituer une paroi de séparation perforée .12 , en forme d^eatoa™ noir ou de cloche, à distance variante de la face intérieure du cylindre de la vis» La paroi de séparation 12 subdivise ici le filet de l'hélice 29 en un canal intérieur et en canal extérieur et peut 5 présenter, le cas échéant, le profil représenté sur les figures 4 et 60 Le mouvement transversal de la matière en fusion a lieu ici également dans les deux sens à travers les perçages» En outre, la matière en fusion est saisie par le filet 30 de la vis auxiliaire 31 qui lui imprime un effet de turbulence et assure ainsi un mélange 10 intensif® Selon les figures 2 et 10, le prolongement du noyau 32 de la vis 31 est monté dans le carter cylindrique 3 et entraîné côté sortie» Les sens de rotation et les nombres de tours des vis 28 et 31 peuvent ttre différents, de même que le sens de leurs pas® La sortie radiale représentée du mélange porte la référence 33» 69 15576 9 2008656 BEVENDI CATIONS 1o Boudineuse pour la mise en oeuvre en continu d'opérations de mélange, d'homogénéisation et de réaction pour des matières ou des mélanges de matières coulables, en particulier 5 visqueux, cette boudineuse se composant d'au moins une vis qui comprend une zone d'alimentation suivie d'une zone de mélange et qui est enfermée dans un carter essentiellement cylindrique, carac» térisée par le fait que dans la zone de mélange est disposée, entre les filets d'une ou de l'une des vis ou d'une hélice, une paroi 10 de séparation hélicoïdale, percée de trous, de fentes ou d'ouvertures semblables, dont la distance radiale au noyau de la vis associée, d'une part, et à la face intérieure cylindrique du car--ter, d'autre part, est variable en direction longitudinale de la vis ou de l'hélice et qui subdivise le filet en un canal intérieur 15 et en un canal extérieur, de section variable» 2o Boudineuse suivant la revendication. 1, caractérisée par le fait qu'au voisinage de la zone de mélange, le noyau de la vis et l'hélice de la vis sont séparés l'un de l'autre par »m paroi de séparation et par le fait que le noyau de la vis et/ 20 ou l'hélice de la vis sont reliés de façon amovible à la partie correspondante de la vis de la zone d'alimentation (figure 5). 3« Boudineuse suivant les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le noyau de la zone de mélange, sépare aussi bien du noyau de la vis de la zone d'alimentation que de 25 l'hélice de la zone de mélange est monté en rotation et entraîné séparément, côté sortie» 4. Boudineuse suivant la revendication 1 , caractérisée par le fait qu'une vis centrale est entourée, au voisinage de la zone de mélange, par une hélice sans noyau, avec un pas égal 30 ou contraire à celui de la vis centrale et entre les spires de laquelle est disposée une paroi de séparation hélicoïdale, percée de trous, de fentes ou d'ouvertures analogues, la distance radiale de la paroi de séparation à la partie associée du noyau de la vis centrale, d'une part, et à la face intérieure cylindrique du car— 35 ter, d'autre part, étant rariable en direction longitudinale de la vis, et par le fait que l'hélice sans noyau est montée en rotation et entraînée, avec la paroi de séparation hélicoïdale perforée, côté entrée ou côté sortie (figure 9)o BAD ORIGNAL 69 15516 10 2008656 5o Boudineuse suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le noyau de la vis se termine au commencement de la zone de mélange, et que l'hélice de la zone de mélange est reliée au noyau de la vis de la zone d'alimentation par la paroi 5 perforée qui subdivise le filet formé par l'hélice en un canal intérieur et en un canal extérieur, le diamètre intérieur ainsi que le diamètre extérieur de la spire étant supérieurs à ceux de la spire de la zone d'alimentation et la paroi de séparation perforée constituant un élargissement en forme d'entonnoir ou de 10 cloche, dans lequel s'engage une seconde vis coaxiale ou sensiblement coaxiale à la première, dont le filet coopère avec le filet du canal intérieur de l'hélice,de la première vis, qui présente un plus grand diamètre„ 6« Boudineuse suivant la revendication 5, caractérisé© 15 par le fait que la seconde vis s*engageant dans l'élargissement en forme d'entonnoir de la première vis est montée en rotation et entraînée, côté sortie, le sens aussi bien de son mouvement de rotation que de son filet pouvant être opposé à ceux de la première; vis» bad original