Brevet FR2000106A1 — publié le 19690829

La présente invention, concerne et a essentiellement pour obiet un procédé pou? mélanger ©t extrader des matières ©a particulier Tisco-élssl-iq^iss „ pas? eseiapl© d© la nature des pla&tiçris ■au matières synthé«i Conformément à la présente invention, la matière ©st eiaaillis 10 entre une plaque fixe et une plaque tou:m&nte ou rotatifs dont l'uni> ou l'autre ou bien les deux contiennent â@s orifiees ou lumières ou trous de psssa-2® à travers X@sqw.els X@s composants m. 3onstitiî3>it£ Tolctile de le E-atlèE© sseaé© ©a d9 sUssatsèiea peusrest être éliminés, enlevés ou évacués. 15 II a été récemment mis au point ou développé m nouveau tjpe de machine extruâeuse mélangeuse» communément connue sous le nom de "«xtrudeuse de masse fondue élastique ou pour filage élastique à chaud"* t%e tell® ©xtrudeuse set décrite dsai© la v&rao intitulée "Modem Plastics MagaziE«M és Octobre 1959 dans us. 20 article de Bïye® Maxwell et Anteiay 2* Soaleœs» siasi que dsas le brevet soérioain S® 3«G4S.€©3 déliwé -s Big'ee Mss«r©Xl -i© 51 «Jiallïerè 1962. L'extrudage d'un» masse fondue par filage élastique à chawl ou analogue comprend le mélangeage, le malaxage ou la composition ou combinaison et le transport de matières ainsi que le changement, 25 la modification ou variation de la condition ou de l'état des matières par l'adjonction ou l'apport de chaleur et de pression, l'extrudage est accompli par l'utilisation de lseffet de pompage centripète qui se produit quand une matièree visco-élastique est ciaaillée entre une surface fixe et une surface ou un disque 30 rotatif ou tournant. La présente invention, dans son aspect le plus large ou le plus général, crée un procédé utile d'élimination de matières volatiles de la matière visco-élastique qui est mélangée et extrudée dans une extrudeuse pour filage élastique à chaud ou 35 analogue. Conformément à une autre caractéristique de cette invention, un procédé et un appareil sont crées pour l'introduction ou l'addition contrôlée, réglée ou ajustée de matières dans ou à la matière visco-élastique qui est extrudée, en un point du processus ou de l'opération d'extrudage où la matière visco-élastique a déjà 40 été soumise à un certain mélangeage et à une certaine plastification BAD ORIGNAL 69 00198 2 âOOOIttè à la chaleur, mais avait le mélangeag© et 18extrudage finaux. le présente invention présente de l'utilité den© de noaabrs'az dcaain@s fis traitement tels que pea? .exemple 1© traitement d® matériaux à basfaé hauts polymères. Béas 1® traitement d® substaiees 5 hauts polymères, le polymère brut, contenant des matières indésirables de faible poids moléculaire telles que des monomères, des solvants, de l'eau, ©te... doit être soumis à des traitements afin d'éliminer la matière indésirable de bas poids moléculaire, de mélanger au polymère des additifs tels que d'autres polymères, 10 lubrifiants, charges, plastifiantss agents stabilisateurs, etc..., et de combiner, de composer ou de malaxer et de rendre compacte ou tasser la eoiEpogitioa. résultent® peur la aettg® esu® un© forma -jfeysicpie utilisable* le. présente invention cré® isa proeéâé potar accomplir ou effectuer ces opérations de traitement simultanément 15 en une seule opération dans un appareil d'extrudage qui est de conception simple, de construction robuste et de fabrication économique® le présente invention est basée swr la désûwerSe «pe, ôasas des conditions appropriées, il est possible d'exposer use portios. 20 â© ls,-mmîàiTQ vis BAD ORIGINAL 69 00198 2000106 introduits dans la matière visco-élastique en cours d1 extrudage. La découverte, mise en oeuvre dans la présente invention, est complètement nouvelle et originale et par conséquent n'est pas immédiatement évidente ou apparente. L'action de pompage 5 centripète d'extrudeuses pour filage élastique à chaud provient de l'effet de force normale". Le terme "effet de forces normales" désigne des forces perpendiculaires à la direction de cisaillement dans une matière en écoulement et a fait l'objet d'une étude analytique intensive. L'état courant ou ordinaire des connaissances, 10 tel que divulgué ou révélé dans la littérature, indique que la surface entière d'une plaque cisaillant rotativement un liquide sera soumise à une "force normale" ou pression perpendiculaire à la plaque. Voir par exemple l'article de K. Weissenberg publié dans "Sature" de Mars 194-7, volume 159, pages 310 et 311, et de 15 H.H. Hull, publié dans "Transactions of the Society of Rheology", volume V, page 118, figure 1, 1961. On devrait s'attendre à ce qu'une telle "force normale" cause l'écoulement du liquide en cours de cisaillement dans tout orifice ou trou prévu dans la plaque. La présente invention est basée sur la découverte que 20 ceci n'est pas le cas quand la matière, qui est cisaillée rotativement, s'écoule aussi d'une façon centripète vers le centre de rotation, comme c'est le cas dans les extrudeuses pour filage élastique à chaud ou analogue décrits ici. Tant que l'écoulement centripète a lieu, la matière, qui est cisaillée rotativement, 25 ne s'écoulera pas par les ouvertures ou trous prévus dans la plaque tournante. La thérie à l'appui de l'invention indique que le cisaillement dans une extrudeuse pour filage élastique à chaud produit un emmagasinage ou une accumulation d'énergie élastique sous forme 30 d'une tension suivant ou autour de trajectoires circulaires. Ainsi, dans le mxb de réalisation de la figure 4, le bain ou la masse polymère fondue, entourant la protubérance ou saillie, peut être imaginé sous la forme d'un paquet, faisceau ou flot ou d'une touffe de rubans de caoutchouc enroulés autour de la protubérance ou 35 enveloppant celle-ci. Cette énergie de tension élastique, emmagasinée ou accumulée dans les bandes ou rubans de caoutchouc enveloppants ou enroulés, appuie ou presse lesdits rubans ou bandes de caoutchouc ou ledit bain ou masse fondue de polymère contre la protubérance, de sorte qu'ils glissent le long de la protubérance 40 et en direction du centre ou axe de rotation plutôt que de remplir 69 00198 1000104 le trou, l'évent, Couverture ou l'orifice. S'il n'y avait aucun écoulement vers la filière de sortie ou analogue, la nouvelle matière entrant ou arrivant remplirait l'évent ou l'orifice. Le fait est cependant que, dans ce domaine de cisaillement, si on 5 laisse la matière sortir ou s'écouler au dehors de la filière de sortie, il est possible d'ouvrir les trous, ouvertures, évents, orifices ou lumières ou analogues dans la plaque fixe sans que ces trous ou analogues soient remplis de matière polymère. Un autre but de l'invention est de créer une extrudeuse 10 perfectionnée pour filage élastique à chaud dans laquelle les éléments ou organes respectivement fixe et rotatif sont conformés ou profilés de façon appropriée pour rendre compacte, chauffer, plastifier, mélanger et extruder la matière visco-élastique d'une manière nouvelle et plus efficace. Quand certaines matières 15 visco-élastiques sont extrudées dans une extrudeuse pour filage élastique à chaud, des difficultés ont été rencontrées lorsque lesdites matières visco-élastiques forment des boules ou agglomérats analogues ou des rayons ou rais de soleil, de roue des chevilles ou à denture à fuseaux ou analogues dans la zone d'alimentation 20 ou d'amenée à la périphérie de la région de cisaillement. Ceci provoque une diminution de l'efficacité ou du rendement de l'opération de mélangeage et d'extrudage. Cette difficulté a été reconnue par J.E. Henry dans le brevet américain N° 3.333.253, L.D. Ninneman dans le brevet américain N° 3.280.239, V.I. Morozov et antres dans 25 le brevet américain N° 3.310.835, L.C. Bearer et autres dans le brevet américain N° 3.308.505, I.N. Nikiforov dans le brevet américain N° 3.277.528 et T.T. Bunch dans le brevet américain N° 3.082.476. La présente invention crée un procédé pour corriger ou pallier cette difficulté de zone d'alimentation ou d'amenée, 30 basé sur la découverte que si les éléments ou plaques respectivement fixe et tournant sont conformés ou profilés de telle manière que l'épaisseur ou l'intervalle d'écartement «.tHai entre les plaques respectivement fixe et tournante augmente au fur et à mesure que la distance à l'axe de rotation diminue, les boules ou rayons de 35 soleil de la matière visco-élastique s'éloignent ou s'écartent rapidement de la zone d'alimentation ou d'amenée périphérique et se déplacent vers 1'intérieur en direction de l'axe de rotation pour former une masse rendue compacte ou tassée dans la zone de cisaillement. 40 L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristique, 69 00198 5 2000106 létails et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui va suivre en s© reportant sus dessias schématiques annexés» donnés uniquement à titre d'exemples illuatemi plusieurs modes de réalisation de l'invention ®t dans lesquels? 5 - la figure 1 représente ime tus en coupa transversal© d'un mode de réalisation de l'appareil d'extrudage conforme à la présente invention; - la figure 2 est une coupe transversale dstm autre mode le réalisation de l'appareil d'extrudage do la présents inventionj 10 - la, figure 3 est une coupe transversale d'encore un autre mode de réalisation de 1* appareil d'exteuâaga de la présent© invention? et - la figure 4 est une coupe transversale d'encore un autre mode de réalisation de l'appareil d'extrudage de la présente 15 Invention, Dana les figures, les mêmes composants ou constituants sont identifiés ou désignés par les mêmes chiffres de référence avec une lettre en indice supplémentaire pour chacun des modes de réalisation des figures 2 , 3 et 4. 20 Les figures ne sont pas dessinées à l'échelle exact®. In se reportant aux dessias, en particulier l'invention, telle que réalisée dans le mode d'exécution de la figure 1, comprend 1er pièces et parties classiques d'une ©xtrudeuse pour filage élastique à chaud. Un élément ou une plaque rotatif ou un 25 rotor 1 est .rvuté tournant dans un châssis, bâti ou corps 2 au moyen de paliers ou analogues 3» La plaque tourmente 1 est entraînés en rotation autour d'un axe 9 par tout système,• dispositif ou mécanisme classique, moteiir d'entraînement ou de commande et est chauffée ou refroidie au moyen d® dispositifs de chauffage 5 on 30 de canaux ou condxiits de refroidis s emeat 4. Une gaEnitur© de joint d'étanchéité sous pression 6 de configuration annulaire est prévue dans le châssis, bâti ou corps 2 au voisinage du rotor 1. Un organe ou une plaque fixe ou stator 8 est monté à proximité immédiate du rotor 1 en étant e s s enti sll emeut parallèle à la face d® 35 celui-ci, de façon à créer une zon© ou un intervalle de cisaillement 7, 10, 14. La matière visco-élastique à plastifier à chaud, à mélanger, à débarasser des substances volatiles, à malaxer, combiner ou composer et à extruder est amenée à la périphérie de 1'interna71ft7 entre le rotor 1 et le stator 8 par tout procédé approprié,utilisé 40 pour alimenter des extrudeuses pour filage élastique à chaud. 69 00198 2000106 Lf action de cisaillement entre le rotor et le stator provoqua" -1 'accumulation ou l'emmagasinage d'énergie élastique suivant des anneaux ou trajectoires circulaires dans la matière visco-élastlcpso Afin de réduire cette énergie emmagasinée ou accumulée, la matière 5 visco-élastique s'écoule dans une direction radiale à travers l'intervalle 7, 10, 14 et sort de la filière 15 pour former le produit extradé ou filé 16. la description ci-dessus décrit des extrudeuses classiques pour filage élastique à ehauâ ou ss&aiogueso, La présente invention 10 sst basée sur la découverte qu® si &@s ouvertures, évents de passage, trouse lumières ou orifices 11 soat établis ou ménagés ians le stator en des points situés radialement vers l'intérieur- à par-tir de la périphérie 7, mais qui ne sont pas placés trop loin vers l'intérieur afin de ne pas être situés sur l'axe de rotation 15 9, la matière visco-élastique ne s* écoule ou ne pénètre pas dans de tels ouvertures, évents de passage, trous.j lumières ou oriixees 11„ mais continue plutôt à s'écouler radialement vers l'intérieur en direction de la filière ou analogue 15 ©n raison de l'énergie élastique emmagasinée ou accumulée. Ceci permet aux ouvertures, 20 évents de passage, trous, lumières ou orifices 11 d'être utilisés somme voies ou trajets par lesquels des matières volatiles peuvent être éliminées. Sn vue d'un rendement ou d'un©efficacité accru de l'élimination, de substances volatiles, on vide peut être appliqué par l'intermé&iaira d'un tube de sorti® ou d1 évacuation 13 à 25 un collecteur ou analogue 12. La figure 2 représent© un autre Biode de réalisation de l'invention. Le rotor 1a,- le stator 8a et les autres parties ou pièses essentielles de l'extrudeuse pour filage élastique à chaud sont les mêmes que les composants correspondants représentés sur 30 la figure 1. La surface du rotor 1 a ou du stator 8a est conformé© ou profilé® d'une manière telle que la distance entre la surface dudit rotor et ledit stator augmente au fur et à mesure que la distance à l'axe de rotation 9a diminue. Cette conformation du rotor 1 a ou du stator 8a produit ou provoque une action de 35 coincement, de pincement ou de serrage sur la matière visco-élastiqtv pour accroître le degré de compacité, de tassement ou de compression: de la matière visco-élastique afin de réduire ou d'éliminer ainsi la formation de boules roulantes ou de rayons do soleil ou de roue des chevilles dans la matière visco-élastique en cours d*extrudage. 40 La figure 3 illustre un autre mode de réalisation de 69 00198 7 2006Î3B l'invention. Le rotor 1b, le stator 8b et les autres parties ou pièces essentielles de l'extrudeuse pour filage élastique à chaud sont les mômes que les composants correspondants représentés sur la figure 1. 5 lorsque ou à mesure que la matière visco-élastique se déplace de la périphérie 7b vers l'axe de rotation 9b, elle passe devant une ouverture ou un évent de passage 11b et pénètre ensuite dans une région dans laquelle l'intervalle ou l'épaisseur de la zone de cisaillement est augmenté comme en 14b. Cette accroissement de 10 1*épaisseur de l'intervalle ou espace existant entre le stator 8b et le rotor 1b crée un espace supplémentaire pour que la matière visco-élastique puisse y entrer lorsqu'elle passe devant l'évent 11b en réduisant ainsi toute tendance de ladite matière visco-élastique à pénétrer dans ledit évent. Il en résulte que la 15 substance volatile, contenue dans la matière visco-élastique^ peut entrer dans l'évent 11b et se rassembler, s'accumuler ou être collectée dans le collecteur 12b qui peut être un canal ou conduit circulaire ou annulaire comme cela est représenté. Cet accroissement de l'épaisseur de l'intervalle dans la zone de cisaillement 20 14b diminue toute possibilité pour la matière visco-élastique en cours d(extrudage de pénétrer dans l'évent 11b. Après avoir passé l'évent 11b, la matière visoo-élastique pénètre dans la zone de cisaillement 14b de pompage centripète de la masse élastique fondue et ladite matière est entraînée ou transportée de façon à 25 s'éloigner ou s'écarter de la zone d'élimination de substances volatiles dans l'évent et pénétrer dans la zone de filière 15b pour former le produit extradé ou filé 16b. La figure 4 révèle encore un autre mode d'exécution de l'invention. Le rotor 1c, le stator 8ç et les autres parties ou 30 pièces essentielles de l'extrudeuse pour filage élastique à chaud sont les mêmes que les composants correspondants représentés sur la figure 1. Lorsque la matière visco-élastique se déplace depuis la périphérie 7ç vers l'axe de rotation 9c, elle passe devant une protubérance ou portion saillante prévue sur le rotor 1 c dans la 35 région de l'intervalle de cisaillement désigné par le repère 10c. La matière visco-élastique passe ensuite devant un évent ou analogue 11c et pénètre ensuite dans une autre zone de cisaillement 14c de pompage centripète. La matière visco-élastique est pompée de la zone de cisaillement 14ç par l'effet d'étranglement 40 de la masse fondue élastique, à la région de filière 15c pour 69 00198 8 2000106 former le produit extrudé ou filé 16c. Le mode de réalisation de la figure 4 selon l'invention est basé sur le même principe que celui des figures 1 et 3 excepté que dans le mode de réalisation de la figure 4 l'angle OC , définissant la protubérance ou 5 portion saillante prévue sur le rotor 1c, est supérieur à zéro degré et inférieur à quatre vingt dix degrés. L'énergie élastique accumulée ou emmagasinée circonférentiellement dans la matière viscoélastique, produit une force telle que le vecteur A, dirigée radialement vers l'intérieur contre ou en direction de la protubé-10 rance prévue sur le rotor 1c, en maintenant ainsi ladite matière visco-élastique appliquée contre ledit rotor et en diminuant ainsi toute tendance de ladite matière visco-élastique à pénétrer dans la zone d* évent 11c. Les modes de réalisation de l'invention, représentés sur les 15 figures 1, 3 et 4» comprennent des appareils pour exposer la surface de la matière visco-élastique, lorsque ou à mesure qu'elle est plastifiée mélangée et homogénéisée, à l'atmosphère ou à un vide, en permettant ainsi l'élimination ou l'évacuation de substances volatiles ou gazeuses à faible poids moléculaire, telles que l'eau 20 HgO, contenues dans des matières cellulosiques telles que par exemple l'eau absorbée par ou sur de l'acétate de cellulose ou bien des solvants et agents émulsifiants, émulaeur ou émulsionnants, utilisés dans des opérations de polymérisation. Afin d'éliminer ces matières indésirables de la matière visco-élastique en cours 25 d*extrudage, la surface de ladite matière visco-élastique doit être exposée à 11 atmosphère ou àui vide après qu'elle ait été tassée, comprimée ou rendue compacte et amenée à une température à laquelle les matières indésirables sont au-dessus de leur point d'ébullition, de façon que de telles matières indésirables soient gazeuses. Ceci 30 est accompli dans les zones 7 et 10 des figures 1, 3 et 4 et les matières volatiles sont éliminées dans les régions 11 et 12 en ' accomplissant ainsi un processus et résultat nouveaux, utiles et précieux. La présente invention permet l'exposition de la surface de la 25 matière visco-élastique présente dans une extrudeuse pour filage élastique à chaud en rendant possible l'addition ou l'adjonction, par simple écoulement par gravité ou par écoulement forcé à travers des orifices ou lumières, des évents, des trous ou ouvertures 11, de matières telles que des charges, des agents moussants, spumesceots 40 ou générateurs de mousse, des agents de greffage et d'autres 69 00198 2000106 h Ï'îs? âe polymères ou éléments alliés ou d'alliage pesant le processus ou l'opération d'extrudage en accomplissant une a*?;-re opération et un autre résultat nouveaux, utiles TîrécietîSt p Bien, que des modes de réalisation spécifiques de 1 ' invention aient été représentés et décrits en détail pour illustrer 1'appli-ortion des principes de l'invsntion, il doit être entendu que l'invention peut êtrs mise ©n oeuvre autrement sans s'écarter de ses principeee 10 Bien entend} l'invention n'est nullement limitée aux modes 3 En particuliers elle comprend tous les moyens ViOrstitm?ucs équivalents techniques des moyens décrits, ainsi V'.c . JUineisocs9 si celles-ci sont exécutées selon l'esprit 1? "v- l'iîïV6rii"....-'.ic 69 00198 10 Î0OO1È© i E T S S H C A 2 I 0 I S 1 « - Dispositif formant estrudeuse ca s&£loga@( en partieulio? " mais non exclusivement du typ® pour filage élastique à chaud ou analogue caractérisé ©n ce qu'il comporte sa moins des premier et 5 second éléments présentant deux surfaces espacées et en regard l'une de l'autre ©n étant à proximité immédiate ou rapprochées étro^ement l'xme de l'autre, des moyens pou? faire tourner ledit second élément relativement audit premier autour l'iaa as®, des moyens; de chauffage pour chauffer lesdites surfaces5 des moyens ' 10 d® refroidissement pour refroidir lesdites surfaces9 des moyens pour amener une matières viscc-élastique ou analogue dane un espace ccHr^ris entre lesdites surfaces et a» soins un orifice d* évaeusti-: :=. d© décharge ou de sorti© pré-ru à travers l'un desdits éléments près dudit as© de rotstion<> 15 2o — Dispositif selon la revendioatiosa 1, caractérisé en co crce le - premier élément précité comporte une première surface sensibleaeat plans, tandis que le second élément précité comporte une seconde surface sensiblement plan® faiblement écartée ©t en regard de ladite première surface en étant sensiblement parallèle 20 à oello-ci , st des moyens formant évents ou analogues sont prévus don?, au moins l'un desdits éléments en étent radialement espacés de 1* orifice d'évacuation ou. de acrfcie précité @t écartés de la périphérie desdits éléments9 lesdits moyens formant évents s'outjs. oit débouchant depuis 1* espace interaédi aire précité ' entre lesdites 25 surfaces et feraient une ouvertiîre pour éliminer des matières indésirables ds In. matière visoo-élastispe précitée en cours d'estmdag® *$■'. pour fournir» aaeaGr oa délivrer des additifs au analogues à ladite matière v' sa0=*élastiqu-s:> 3» - Dispositif selon la revendication 1 » caractérisé en es 30 que les deux surfaces espacées » étroitement rapprochées et en regard l'une de 1*.autre, respe.itivament l&s preiBiss" et second éléments précités sont des surfaces de révolution et sont contenue.;' de façon à créer entre elles tsn espace intermédiaire croissant au fur et à mesure que le rayon de révolution décroît» 35 4 Dispositif selon la revendication 2t caractérisé en ce que les moyens précités formant évent ou analogue comprennent une ouverture formée par de Surfaces de révolution autour de l'aie d-~ rotation précité. 5.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé sn c~ v" 69 00198 11 200910% l'espace intermédiaire précité entre les éléments précités comporte une région ou zone périphérique et la: matière visco-élastique précitée est amenée dans ledit espace, dans ladite région périphérique de celui-ci. 5 6. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen précité formant évent ou analogue est prévu à travers celui des éléments précités qui est entraîné en rotation. 7. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens formant évents ou analogues 10 précités, ménagés dans mu moins l'un des éléments précités à proximité immédiate ou étroite de la région à espace croissant entre lesdits éléments, lesdits moyens formant évents s'ouvrant ou débouchant à partir dudit espace compris entre les surfaces précitées et constituant me ouverture pour éliminer des matières 15 indésirables de la matière visco-élastique en cours d'extrudage et pour amener des additifs dans ladite matière. 8.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce. que les surfaces précitées sont conformées ou profilées de façon à présenter entre elles à leur périphérie, une portion de l'espace 20 précité compris entre lesdites surfaces, qui s'étend essentiellement radialement vers l'intérieur poiar pompage centripète vers une portion adjacente dudit espace conroris ©ntr@ lesdites surfaces, qui fait un angle déterminé avec l'axe de révolution précité et ensuite vers une portion contigu'ô dudit espace compris entre 25 lesdites surfaces, qui s'étend essentiellement radialement vers l'intérieur en direction dudit axe de révolution,la matière visco-élastique précitée étant amenée dans ledit espace compris entre lesdites surfaces, dans la région périphérique de celui-ci; 9. - Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce 30 que le moyen précité formant évent est étroitement rapproché de la portion de l'espace précité compris entre les surfaces précitées, qui fait un angle déterminé précité avec l'axe de révolution précité et s'ouvre ou débouche depuis ladite portion d'espace citée en dernier. 35 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens précités formant évent ou analogue comprennent une ouverture formée par des surfaces de révolution autour de l'axe de rotation précité. 11. - Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en 40 ce que le moyen précité formant évent ou analogue est prévu 69 00198 12 2000106 î! à travers celui des éléments précités qui e^t entraîné en rotation. 12. - Dispositif en substance tel que décrit ci-dessus et représenté dans les dessins annexés. 13. - Procédé de mélangeage ou de malaxage, d1extrudage et 5 d'élimination de substances volatiles pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une des revendications précédentes, en substance telle que décrit ci-dessus et illustré par les dessins annexés.