Brevet FR2004549A1 — publié le 19691128

6? 08423 t 2004549 La présents invention concerne un procédé et un dispositif de traitement de matières très visqueuses7 en particulier de aélange.c de base de caoutchouc contenant toutes proportions désirées de caoutchouc naturel, dans des appareil:-; d'extrusion à vis unique. 5 Tour obtenir un produit extrudé de tonne qualité, il e^t né cessaire, par un pétrissage et un malaxage intenses, d'établir une distribution de température équilibrée et par conséquent un degré de mastication, une plasticité et une homogénéité uniformes dans la matière. La qualité du produit extrudé dépend de 11 interaction du ■jO cylindre, de la vis rotative et de la filière dans le transport, le malaxage, la mastication, la plastification et l'homogénéisation pendant le passage de la matière, les propriétés et les dimensions du produit extrudé sont généralement satisfaisantes si la matière contenue dans le cylindre est plastifiée mécaniquement et thermique- ' 15 ment en une masse homogène et déformée par une pression constante avec le temps dans la filière et est déchargée à une vitesse constante. intérieurement, dans le traitement de mélanges de base de caoutchouc dans des appareils d'extrusion, il était courant d'alimenter l'appareil d'extrusion avec une matière déjà mastiquée, 20 plastifiée et préalablement chauffée sous la forme de bandes ou de boulettes. Ensuite, le seul travail laissé à l'appareil d'extrusion était de prendre en charge le mélange de base déjà plastique, de le transporter uniformément et de le presser à travers une filière. Toutefois, pour des considérations d'ordre économique et pour des 25 raisons de qualité, le développement de l'extrusion de mélanges de base de caoutchouc évolue de plus en plus depuis les appareils d'extrusion dits à charge chaude vers les appareils d'extrusion.à charge froide. La voie suivie depuis le composé prépai-é et conservé jusqu'au produit fini de qualité uniformément bonne doit ainsi être 30 raccourcie et, par-dessus tout, elle doit être rendue continue. En ce qui concerne la qualité, le produit extrudé doit satisfaire aux conditions suivantes :■malaxage uniforme et parfait en tous points de la section droite du produit extrudé, stabilité des dimensions dans d'étroites limites de tolérance, faibles variations 35 du poic" - raètr-, propriétés ôs surface correctes et uniformes, absenr-- ou quasi totale de bulles d'air. Ces. conditions ne peuvent satisfaites dans le traitement sur des appareils d'extrusion à "charge chaude", en raison des différents tempe •?.? BAD ■59 08 ;23- 2 2C04549 séjour des parties du mélange de base sur le malaxeur et des varia chauffé à une certaine température, mastiqué et plastifié. On connaît des appareils d'extrusion à vis pour matières plastiques, sei-vant au traitement de caoutchouc, de matières plastiques et de matières analogues, dans lesquels la vis est divis*. . 10 en segments de diversès configurations? par exemple, le pas de la vis est interrompu en des points prédéterminés, notamment par des "têtes de malaxage" affectant la forme d'un prisme polygonal* De cette façon, la matière, tout en étant transportée par la vis5 est en outre soumise à un cisaillement spécial. De plus, dans le traite-15 ment de matières thermoplastiques dans un appareil d'extrusion à vis, on connaît un procédé permettant d'accroître l'effet de plastification et de mastication en provoquant l'écoulement de la matière plastique plastifié à travers un espace compris entre le filet de la vis et la paroi intérieure du cylindre de la vis» le résultat 20 qu'on peut obtenir de cette façon est que la masse fondue se sépare de la phase solide de la matière plastique à traiter, pandant le transport de cette dernière dans la vis, et que la matière liquide ^st amenée à un récipient collecteur que les constituants du caoutchouc qui sont encore en phase solide ne peuvent pas atteindrea 25 & cette fin, on ménage des canaux dans le filet de la vis, qui débouchent dans un canal courant axialement à l'intérieur du noyau de la vis. En outre, le processus par lequel la matière liquide se sépare de la matière encore solide dans l'appare~J. d'extrusion à vis doit être obtenu en réduisant les sections droites de passage 30 d'écoulement dans les directions opposées jusqu'à à la valeur 0? avec une vis à double pas, et en maintenant le diamètre d'un filet de vis un peu plus grand que le diamètre de l'autre filet de vis, de manière que la masse fondue puisse passer d'un canal de vis dans l'autre, les constituants solides étant toutefois retenus» âvec 35 certaines de ces conceptions des^ris, on a constaté que? malgré les plus grandes longueurs de vis, un chauffage et une plastification uniformes du mélange de base ne pouvaient pss ?vec de-? ïaéla^ges de base de caoutchouc, w:x fe BAD ORIGINAL" 69 08423 3 2004549 fabrication stipérieures. La raison doit en être recherchée dans la grande viscosité structurale de nélanges de hase de caoutchouc, qui devient particulièrement notable dans les mélanges de hase contenant de plus fortes proportions de caoutchouc naturel. 3 Dans le traitement de mélanges de hase de caoutchouc, on doit considérer en particulier les propriétés suivantes : faible coiiductivité thermique, comportement d'écoulement non nevrtonien, forte viscosité apparente, subordination de la viscosité apparente et de la plasticité à l'écoulement laminaire et à la température. 10 Ces propriétés empêchent un chauffage, un malaxage, une mastication et une plastification uniformes, car seules les particules de la matière en contact avec la paroi chauffée du cylindre ou avec la surface de la vis sont chauffées en premier lieu. Ceci signifie une réduction de la viscosité apparente et par conséquent 15 des écoulements localisés au voisinage de la paroi. En outre, avec un gradient de vitesse croissant, la viscosité apparente continue de diminuer et par conséquent ,1e glissement au voisinage de la paroi devient encore plus grand. En raison de la faible conduc-tivité thermique, les couches de matière au voisinage de la paroi 20 isolent le coeur de la matière de la source de chaleur. Ceci donne lieu à de plus grandes différences de température et de viscosité, qui exercent un effet désavantageux sur la qualité du produit extrudé, L'invention a pour but de permettre le traitement de matiè-2 5 très visqueuses, notamment de malsinges de base de co.outchouc dans un appareil d'extrusion à charge froide, tout en conférant au produit fini une bonne qualité du point de vue du pétrissage et du malaxage. L'invention est caractérisée en ce que le mélange de base de 1j. matière, tout en étant chauffé pendant son avance à 3 0 travers l'appareil d'extrusion, est partiellement refoulé et, sous une action de pétrissage intense, il est transporté en un courant turbulent puis, sur un autre tronçon de son déplacement, il est divisé en courants partiels communicants en vue d'une avance généralement constante, il est tassé et il est ainsi iiialaxé de façon 35 intense. Ce type de système de traitement à deux phases dans un appareil d'extrusion à vis produit, en premier lieu,un malaxage grossier dans lequel la matière traitée est déjà soumise à un degré important de pétrissage,de mastication et de plastification. 69 08423 2004549 4 Cette étape est suivie d'une zone de malaxage intime, dans laquelle la mastication et laplastificatioripont achevées, la matière en cours de traitement, qui est composée de nombreux constituants, est ensuite malaxée,de manière qu'un mélange de base homogène, 5 uniformément mastiqué et plastifié, ayant la même température- en tous points, soit "délivré a une vitesse constante à l'extrémité de la vis. En même temps, la matière malaxée est convenablement compactée. Il est possible d'obtenir ainsi de façon économique un rendement optimal. En outre, la vis peut être utilisée poiar tO des mélanges de base de caoutchouc contenant toutes proportions désirées de caoutchouc naturel. la vis est de préférence réalisée de telle façon qu'on dispose juste après la zone d'admission de la matière un segment pourvu d'une section de vis è^ens contnaire dont les filets 15 montrent des interruptions, et ce segment est suivi d'un autre dans lequel on a prévu deux filets de vis de même jeu radial entre le filet et la paroi intérieure du cylindre, et dotés de pas différents. Dans ce cas, le filet de vis, en face duquel le canal de la vis se rétrécit dans la direction d'avance, présente 20 des gorges radiales sur sa périphérie. Dans la première zone de travail comprenant un ou plusieurs pas de vis à sens contraire f on obtient un certain refoulement de la matière. Ceci a pour effet d'endiguer la matière en sens inverse de la direction générale d'avance. De cette manière, le courant de charge passe 25 d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent. La matière est soumise à un mouvement de turbulence intense, qui a pour-résultat un excellent pétrissage en tous points, comme on a pu en effectuer jusqu'à présent, mais que l'on n'a pas pu obtenir sur les cylindres de malaxage normaux ou les cylindres analogues. 50 Dans la zone de travail suivante, la matière traitée est de nouveau obligée à continuer de subir le malaxage avec un tassement croissant-, de sorte qu'après le malaxage préalable grossier, l'état de mélange intime final lui est conféré. Dans les deux zones de travail, les propriétés des mélanges de base de caoutchouc 55 mentionnées ci-dessus sont prises en considération,de telle façon qu'on obtient une homogénéité de la composition, du point de vue de la viscosité et de la température. Le filet de vis est de préférence pourvu de gorges radiales 69 08423 2004549 5 qui doivent être plus larges que le filet de vis adjacent de la seconde zone de travail. De cette façon, le malaxage de la matière est amplifié lors du refoulement. Il est en outre important que les deux filets de vis de pas différents aillent en diminuant 5 librement à chaque extrémité. De cette manière, le processus de malaxage n'est pas gêné. Dans la zone de sortie qui succède finalement, on peut disposer une vis à un seul pas ou à y> .s- multiples. En outre, la pointe de la vis peut être conçue comme une tête de torpille. 10 D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven tion ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin : 15 La figure 1 montre, schématiquement " . en élévation, la' réalisation d'une vis pour appareil d'extrusion à vis, destiné au traitement de mélanges de base de caoutchouc. Les figures 2 et 3 Liontrent respectivement des sections droites de la vis , suivant les lignes II-II ou III-III de la 20 figure 1. Le. vis 1 montre sur le côté -l'entrée de la matière, une zone d'admission 2 dans laquelle on a disposé une vis 3 à pas unique ou à double- ras, -;.u moyen de laquelle la matière est introduite dans l'appareil d'extrusion. La matière est préala-25 blement chauffée par chauffage extérieur. Cette zone est suivie de la zone de travail 4. On a prévu dans cette zone une vis 5 à n-r.s unique ou à pas raultiplea, à sens contraire, dont les filets présentent des interruptions S à des intervalles qui peuvent être réguliers ou irréguliers. La matière subit une forte action de 30 cisaillement et de pétrissage dans cette partie. Ceci a pour conséquence un pétrissage et un malaxage intenses, une distribution de température uniforme et une réduction de la viscosité structurale. En fonction des dimensions de la vis, on peut augmenter la longueur de la zone de travail 4 ainsi que le pas, et on peut faire 35 varier la section droite du canal 7 et des espaces 6. Le processus de malaxage est terminé dans la partie subséquente 8 de la zone de travail. Dans cette zone 8 se trouvent, superposés , deux filets 69 08423 2004549 6 de vis 9 et 10 de même jeu radial entre le filet de vis et la paroi intérieure du cylindre, ces filets présentant un pas et une largeur différents et s1étendant dans la même direction, le filet 10 est interrompu à des intervalles réguliers ou irréguliers 5 par des fentes 11. Dans ce cas également, on peut faire varier les pas et les largeurs des filets , et les sections droites des fentes 11 en fonction des dimensions de la vis. Le filet de vis 10 est de préférence réalisé de manière à être plus large que le filet de vis 9. En raison de la différence de pas des file+° 10 9 et 10, les sections droites 12 et 13 des canaux diminuent dans des directions opposées jusqu'à une petite ouverture. Le courant principal de la matière entre dans le canal de vis 12 et, en raison de la diminution progressive des sections droites de passage et de l'établissement correspondant d'une pression? 15 il est contraint de s'écouler par les fentes 11 dans le canal de vis 13. La division du courant principal en de nombreux courants partiels dirigés en arrière a pour effet d'améliorer davantage la qualité du mélange, de réduire la viscosité structurale et de distribuer uniformément la température. La dissipation rétro-20 .rade de la pression assure de la même façon un tassement convenable et une bonne homogénéisation de la matière. Les surchauffes peiivent être égalisées au moyen d'un, refroidissement réglable de la vis et du cylindre. Les filets de vis 9 et 10 vont en diminuant librement au début et à l'extrémité, de sorte que les canaux 25 12 et 13 accèdent librement aux zones adjacentes. La matière mastiquée, plastifiée et homogénéisée dans les zones de travail 4 et 8 , est amenée en continu à une vis 15 à pas unique ou à pas multiples de type normal vers-la zone desortie 14, ou bien elle est amenée directement à la filière â°e#x»-30 trusion. Dans ce dernier cas, la filière doit opposer une forte résistance à l'écoulement de la matière, en vue d'assurer uixe vitesse de déchargement constante. On peut obtenir une bien plus grande résistance, par exemple, en utilisant un étranglement ou une bague de retenue. 35 Les longueurs des diverses zones peuvent être différentes5 en fonction du mélange de matière en cours de traitement» 69 08423 2004549 7 Il en est de même du diamètre de la vis et de la hauteur de son filet# la vis d'appareil d'extrusion décrite peut être appliquée à tous appareils d'extrusion à charge froide et à toutes machines de moulage par injection à charge froide. les expressions "plastique" et "matière plastique" utilisées ici désignent des matières qui sont caoutchouteuses ou plastiques ou les deux à la fois, et les matières analogues. 69 08423 2004549 8 BEYENDIOiTIOIfS 1. Procédé de traitement de matières très visqueuses, notamment de mélanges de base de caoutchouc contenant toutes proportions désirées de caoutchouc naturel dans des appareils d'ex- 5 trusion à vis unique, dans lesquels la matière' est soumise à un effet de pétrissage et de malaxage, caractérisé par le fait que le mélange de base de la matière,chauffé pendant son avance à travers l'appareil d'extrusion à vis, est partiellement refoulé et, tout en subissant un pétrissage intense, il est guidé, en un. 10 courant turbulent, puis il est divisé en courants partiels communicants sur une autre longueur de déplacement, en avançant à une vitesse pratiquement constante, il est tassé et il devient ainsi intensément malaxé. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la 15 revendication 1, dans lequel une vis est articulée dans un appareil d'extrusion à vis et les.segments de cette vis ont une configuration différente, caractérisé par le fait qu'iaraédiatement après une aone d'admission 2 de la matière, on a disposé un segment 4- présentant une section de vis à sens contraires 5 dont les 2 0 filets montrent des interruptions 6 et, à la suite de ce segment, on a disposé un autre segment 8 dans lequel deux filets de vis 9 et 10 ayant le même jeu radial entre le filet et la paroi intérieure du cylindre et un pas différent sont prévus,le filet fie vis 10 en face du flanc de cisaillement duquel le canal de vis 12 25 s'effile dans la direction d'avance présentant des cP^ges radiales 11 à sa périphérie. 3« Dispositif suivant la revendication 2,caractérisé par le fait que le filet de vis 10 présentant des gorges radiales 11 est plus large que le filet de vis adjacent 9» 3C 4-, Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que les deux filets de vis 9 et 10 de pas différents vont en diminuant librement aux d„eux extrémités. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'une vis à pas unique ou à pas 35 multiples 15 est disposée dans la zone de sortie. 6. Dispositif suivant l'une ::r.elconque des revendications 2 à 5} caractérisé par le fait qu'on utilise une totede torpille en tant eue jointe de la vis.