Brevet FR2012159A1 — publié le 19700313

La présente invention concerne une boudineuse perfectionnée permettant notamment de faire fondre des matières thermoplastiques à haute viscosité et d'extruder, grâce à la présence de filières, la masse fondue dont la viscosité peut aller jusqu'à 35 000 poises, 5 la matière thermoplastique étant fondue et comprimée par friction avec chauffage auxiliaire. En traitant des matières thermoplastiques ayant une haute viscosité à l'état, fondu dans des boudineuses de type classique, les frottements internes par effort tranchant dégagent une quantité 10 de chaleur importante, ce qui peut produire une surchauffe si forte que la structure moléculaire de la matière plastique garde des séquelles permanentes qui ne se résorbent plus entièrement au cours du traitement ultérieur. Il est bien connu de limiter l'échauffement nuisible résul-15 tant des forces de frottement en diminuant la longueur de la boudineuse, ce qui entraîne cependant la suppression d'une opération d'homogénéisation ou de post-homogénéisation de la masse fondue. Une telle mesure exige toutefois que les matières à traiter présentent à l'état fondu toujours une viscosité constante, en accord 20 avec la longueur réduite de la boudineuse. On peut également éviter une surchauffe inadmissible en augmentant le débit par filet de vis, ce qui a pour effet de donner quelquefois une matière thermoplastique chauffée de façon inhomogène. Pour le filage de fils synthétiques de même que pour la 25 fabrication de feuilles, on recherche dans une mesure croissante à utiliser des thermoplastiques à haute viscosité, par exemple des polyéthylènes haute ou basse pression, des polypropylènes, des polyamides etc..., étant donné que ces matières présentent par rapport aux matières synthétiques à faible viscosité, des avan-30 tages notables en ce qui concerne leur résistance mécanique, leur allongement et d'autres propriétés, à cette exception près qu'elles ne peuvent être traitées que difficilement sur des boudineuses, en particulier à cause de leur sensibilité thermique et du risque de surchauffe entraînant leur décomposition moléculaire. 35 Conformément aux expériences ayant conduit à la présente invention, de telles difficultés peuvent être surmontées de prime abord lorsqu'on transforme une boudineuse de type classique de manière que la masse fondue, après avoir passé la zone d'homogénéisation et avant de pénétrer dans la filière, traverse une 40 zone de post-homogénéisation où sa température n'augmente plus 69 22216 - iO as? par suite des efforts de cisaillement et de friction, ladite masse fondue étant simultanément mélangée pour obtenir une suppression dirigée des zones de surchauffe locale ayant pu se produire. Pour obtenir les résultats recherchés par l'invention, il 5 est proposé sur une boudineuse du type décrit ci-dessus de subdiviser la zone d'homogénéisation ou de sortie en deux parties, de sorte que la partie aval présente par rapport à la partie amont une longueur pouvant atteindre huit fois celle de cette dernière et une profondeur de filet accrue pouvant varier entre deux et 10 cinq fois la profondeur de filet de la première partie, la seconde partie de la zone d'homogénéisation de la vis présentant par ailleurs un jeu plus grand et/ou le noyau de la vis un élancement conique ou parabolique en progressant vers l'extérieur de la vis. Grâce à ces mesures, les avantages connus d'une vis de fai-15 ble longueur peuvent être associés avantageusement à celles d'une vis a grande profondeur de filet, étant donné qu'une boudineuse de cette conception est moins sensible à la viscosité de la matière à traiter qu'une boudineuse a vis courte ou une boudineuse à grande profondeur de filet. De plus, ces mesures permettent souvent 20 d'obtenir la post-homogénéisation nécessaire ou encore le "mûrissement" de composants contenus éventuellement dans la masse fondue. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est possible soit d'adoptèr un carter à vis cylindrique dans lequel se trouve une vis dont le noyau présente un épaulement dans la zone 25 d'homogénéisation, soit de choisir une vis dont le noyau est cylindrique ou va en diminuant alors que le carter de la vis s'élargit par palier dans la zone d'homogénéisation, le diamètre des filets de la vis étant chaque fois adapté au diamètre intérieur du carter. Dans les deux cas, on obtient un évasement du débit, ce 30 qui réduit les efforts de cisaillement. Par ailleurs, une profondeur de filet accrue entraîne également un débit accru, ce qui peut causerr des perturbations. Au cas où le pas de vis resterait constant, il conviendra donc de prévoir, dans la zone d'homogénéisation, des évidements ou des échancrures 35 sur les filets de la vis afin d'obtenir un débit global régulier pour la boudineuse. Grâce à cette mesure, on obtient par ailleurs un brassage ou mélange supplémentaire de la masse fondue. Le même résultat est obtenu également par des saillies en forme de tétons ou par d'autres éléments mélangeurs prévus sur le noyau de la vis 40 dans cette zone. Bad original 69 22216 3 2012159 Lorsqu'on désire éviter un tel renvoi ou retour en arrière partiel de la masse fondue, on peut prévoir, afin d'obtenir un débit constant, un pas de vis variable qui est adapté tout spécialement à l'accroissement de la profondeur de filet dans la partie 5 aval de la zone d'homogénéisation, de sorte que le volume refoulé par filet reste sensiblement le même sur toute la longueur de la vis. Lorsque le diamètre du noyau de la vis varie de façon continue, on obtient le même effet qu'avec une variation continue du pas de vis. tO Enfin, il est souvent insuffisant de faire progresser la masse fondue dans la zone d'homogénéisation, pour l'amener à la filière, en évitant un apport de chaleur par frottement. En effet, suivant les matières à traiter ou le processus ultérieur, il faut prévoir dans cette zone soit un refroidissement auxiliaire, soit 15 un chauffage auxiliaire pour maintenir la température constante, les dispositifs appropriés devant être conçus de manière à pouvoir être mis en marche ou arrêtés à volonté. L'avantage essentiel d'une boudineuse conçue comme il a été décrit en détail ci-dessus est le fait qu'elle se prête aux traite-20 ments de matières, ayant aussi bien une viscosité faible qu'une viscosité élevée, tout en permettant d'obtenir pour les matières une bonne homogénéité. De plus, l'homogénéisation et l'entraînement d'une matière à faible viscosité, c'est-à-dire d'une matière fluide, se fait déjà dans la zone à faible profondeur de filet de 25 la vis alors que l'homogénéisation et la compression d'une matière à haute viscosité se font dans la zone à grande profondeur de filet de la vis, à proximité de la zone d'homogénéisation ou de sortie. Pour mieux comprendre l'objet de l'invention, on a représenté à titre indicatif et non limitatif plusieurs modes de réali-30 sation sur le dessin annexé sur lequel : La fig. 1 représente une boudineuse dont la vis présente dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation un pas constant et un diamètre de noyau constant inférieur à celui de la première partie. 35 La fig. 2 est une vue schématique partielle en coupe d'une boudineuse et représente plus particulièrement la seconde partie de la zone d'homogénéisation où la vis présente un noyau de diamètre plus faible que dans la première partie et un pas variable, le jeu entre le sommet du filet et la paroi du carter au cylindre 40 extérieur étant également plus important. La fig. 3 représente la même partie d'une boudineuse dont 69 22216 4 2012159 le noyau de la vis va en diminuant vers l'extrémité aval. La fig. 4 représente un mode de réalisation similaire dont le carter s'évase grâce à un épaulement de manière que le dia-rnètea augmente, le diamètre extérieur du filet de la vis augmentant ©n conséquence, 5 La figure 1 représente une boudineuse de type classique comprenant une vis 2 tournant dans une enveloppe cylindrique 1. La matière à traiter est introduite de façon connue par le raccord 3 et chemine de gauche à droite en traversant respectivement la zone d'alimentation A, la zone de compression B et la zone d'homogénéi-10 sation ou de sortie C, avant d'arriver directement ou indirectement à la filière non représentée sur le dessin. Suivant l'invention, la zone d'homogénéisation C est divisée en deux parties C-j et C2 ayant soit la même longueur, soit des longueurs différentes. La longueur de la partie C2 peut être plusieurs fois égale à 15 celle de la partie . Ainsi, la longueur de la partie C,> qui est de préférence égale au double de la longueur de C.j peut-elle être huit fois plus grande lorsque les matières à traiter exigent un tel rapport. Dans ce mode de réalisation, la vis 2 dont le diamètre 20 extérieur est constant sur toute la longueur, possède dans la partie une profondeur de filet qui est deux à cinq fois supérieure à celle de la partie , la largeur de filet restant constante. Dans ce mode de réalisation, le noyau 4 de la vis est donc étagé de façon que le diamètre dans la partie C^ est infé-25 rieur à celui dans la partie . La figure 2 représente l'extrémité écorchée de la même houdineuse ou encore d'une boudineuse identique et plus particulièrement la partie de la zone d'homogénéisation. Dans cette partie, la vis 2 présente un jeu 5 accru entre le pourtour exté-30 rieur des filets 6 de la vis et la paroi de l'enveloppe cylindrique 1 et un pas croissant, de sorte que le débit $ar filet de vis reste exactement ou sensiblement constant. Dans ce mode de réalisation, il est toutefois également possible, comme le représente la figure 3, d'utiliser une vis dont le noyau 4 va en diminuant 35 de façon conique, comme on le voit sur la partie portant la référence 7, ou encore de façon parabolique. La figure 4 représente également l'extrémité d'une boudineuse et plus particulièrement la partie de la zone d'homogénéisation. Dans ce cas, la vis présente un noyau 4 de diamètre 40 constant sur toute la longueur, tandis que la profondeur de filet bad original 69 22216 s 2Ô12159 est nettement plus grande dans la partie C^ où le diamètre extérieur 8 de la vis tout comme le diamètre intérieur de l'enveloppe cylindrique 1 constituant le carter de la vis sont plus grands . que dans la partie . La référence 9 désigne un dispositif de 5 refroidissement et/ou de chauffage entourant l'enveloppe 1. Dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation, les filets de la vis peuvent présenter des échancrures ou des évide-ments, de même qu'il est possible d'y prévoir sur le noyau de la vis, entre les filets, des saillies en forme de téton ou d'autres 10 éléments mélangeurs. La matière thermoplastique alimentant la boudineuse y est introduite par la vis de façon connue, liquéfiée et comprimée ; puis, réduite à l'état de masse fondue, elle subit, avant d'arriver a la filière, dans la seconde partie de la zone d'homogénéi-t5 sation, un mélange d'homogénéisation ou de post-homogénéisation permanent par un brassage intensif avec augmentation du débit et éventuellement modification du temps de maintien, en évitant que les matières à haute viscosité ne soient localement endommagées par la chaleur ou le frottement. Le mode de réalisation décrit 20 convient donc tout particulièrement pour des matières thermoplastiques à haute viscosité et a des qualités de fils qui doivent être traitées a des températures élevées et dans une plage très serrée ou qui exigent une post-homogénéisation ou encore un "mûrissement" des composants contenus éventuellement dans la masse 25 fondue. 69 22216 6 2012159 REVENDICATIONS 1 - Boudineuse dont le filet de la vis se prolonge jusqu'à l'extrémité de cette dernière et qui permet de faire fondre en particulier des matières thermoplastiques à haute viscosité et 5 d'extruder au moyen d'une filière des masses présentant à l'état fondu une viscosité allant jusqu'à 35 000 poises, la matière thermoplastique étant fondue et comprimée par friction et chauffée, caractérisée par le fait que la zone d'homogénéisation ou de sortie est subdivisée en deux parties dont la partie aval présente 10 une longueur jusqu'à huit fois supérieure à celle de la partie amont ainsi qu'une profondeur de filet largement accrue. 2 - Boudineuse suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la profondeur de filet dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation est de deux à cinq fois supérieure à celle 15 dans la première partie. 3 - Boudineuse suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la vis présente un jeu accru dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation. 4 - Boudineuse suivant les revendications 1 à 3, caractéri-2.0 sé par le fait que le noyau de la vis va en diminuant dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation, de manière à présenter un élancement conique ou parabolique en progressant vers l'extrémité de la vis. 5 - Boudineuse suivant les revendications 1 à 4, caractéri-25 sée par le fait que le noyau de la vis est étagé dans la zone d'homogénéisation, l'enveloppe cylindrique constituant le carter de la vis ayant partout un diamètre constant. 6 - Boudineuse suivant les revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que le noyau de la vis reste cylindrique ou va en 301 diminuant alors que l'enveloppe cylindrique de la vis s'évase grâce à un épaulement dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation, le diamètre du filet de la vis étant adapté au diamètre intérieur de l'enveloppe étagée. 7 - Boudineuse suivant les revendications 1 à 6, caractéri-35 sée par le fait que dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation les filets de la vis présentent des évidements ou des échancrures. 8 - Boudineuse suivant les revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que le noyau de la vis présente des saillies en 40 forme de tétons qui, dans la zone d'homogénéisation sont disposées 69 22216 7 2012159 entre les filets de la vis. 9 - Boudineuse suivant les revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que le pas de la vis est variable sur toute la longueur. 5 10 - Boudineuse suivant la revendication 9, caractérisée par le fait que le pas de la vis est adapté au débit variant de filet en filet, afin d'obtenir une vitesse de refoulement uniforme pour la masse fondue. 11 - Boudineuse suivant les revendications 1 à 10, carac-10 térisée par le fait que dans la seconde partie de la zone d'homogénéisation l'enveloppe extérieure de la vis est équipée de dispositifs de refroidissement et/ou de chauffage qui peuvent être mis en marche ou coupés indépendamment des autres dispositifs similaires prévus.