Brevet FR2025164A1 — publié le 19700904

La présente invention concerne une tête d'extrusion particulièrement adaptée pour la production de structures cellulaires à partir de polyoléfines et notamment de polyéthylène. On connaît la place importante qu'ont prise les matières plastiques cellulaires dans l'industrie grâce à leurs excellentes propriétés isolantes et à leur faculté d'absorber les chocs. Aussi, certaines résines, telles par exemple le polystyrène, sontelles déjà exploitées depuis un certain temps sous leur forme cellulaire ou expansée. Une des techniques les plus économiques pour produire ces matières plastiques directement sous la forme de feuilles cellulaires consiste à extruder un mélange de celles-ci avec des agents gonflants physiques ou chimiques sous la forme d'une gaine, à fendre celle-ci après extrusion et refroidissement et à l'aplatir. Cependant, si certaines résines telles, par exemple, le polit styrène sont aisément mises en oeuvre par cette technique, d'autres ne permettent pas l'obtention de produits cellulaires satisfaisants. Ainsi, par exemple, lorsqu on applique la même technique aux polyoléfines et notamment au polyéthylène en utilisant soit une tête d'extrusion classique, soit une tête d'extrusion couramment exploitée pour la production de feuilles de polystyrène cellulaire, on constate qu'il est pratiquement impossible d'obtenir un produit cellulaire acceptable. La demanderesse suppose que ce phénomène peut être expliqué de la manière suivante. Au sortir de la filière, le mélange extrudé subit une brusque diminution de pression, ce qui provoque la vaporisation et l'expansion de l'agent gonflant dispersé dans la résine sous forme de microbulles. Le volume de ces bulles s'accroit alors rapidement et, à ce moment, la résine doit être suffi- somment visqueuse pour empêcher ces bulles d'éclater. En d'autres termes,les parois des cellules ainsi formées doivent être capables de reprendre une tension suffisante pour contrôler l'expansion de la résine. Or, dans le cas du polystyrène les conditions rhéologiques sont telles qu'il est possible d'extruder la résine à des températures relativement basses, même voisine du point de transition vitreuse et on sait, par expérience, que le polystyrène présente, à ces températures, des propriétés visco-élastiques qui sont favorables à son expansion et à sa mise en forme. Il en va tout autrement pour les polyoléfines. Ainsi, par exemple, le polyéthylène qui s'extrude normalement à une température de l'ordre de 160-200 C devrait, pour satisfaire à la condition de résistance mécanique exposée ci-dessus être ramené à la sortie de la filière à une température voisine de llO-150 C. Ce refroidissement brusque et local est très difficile àréaliser avec une tête d'extrusion classique. En effet, si ce refroidissement est trop précoce, on risque d'obstruer la filière et si celui-ci n'est pas uniforme sur tout le pourtourde la filière, on obtient un produit expansé de facon irrégulière. la demanderesse a maintenant mis au point une tête d'extrusion spécialement adaptée pour la production, par extrusion, de feuilles tubulaires cellulaires en polyoléfine et notamment -en polyéthylène. La tête d'extrusion conforme à l'invention est constituée par une filière ronde et par un noyau dont les extrémités sont fortement amincies de telle manière qu'il soit possible de réaliser localement un gradient de température important. Ces parties terminales sont réfrigérées énergiquement et de façon contrôlée. Enfin, la tête d'extrusion, à l'exception de l'orifice de sortie est protégée par une isolant thermique afin d'éviter un refroidissement indésirable de ses parties métalLiques en amont de cet orifice. La tête d'extrusion conforme à la présente invention est, en outre, explicitée plus en détail par la description d'un exemple de réalisation pratique qui va suivre et dans laquelle on se réfèrera à la figure unique du dessin annexé. il est cependant bien entendu que cette description est donnée titre purement illustratif et non limitatif. Ainsi, qu'il apparatt sur la figure du dessin annexé, la tête d'extrusion conforme à l'invention comporte une filière extérieure ronde 1 et un noyau interne 2 dont les extrémités respectives 5 et 4 sont en s amenuisant de façon telle que leur épaisseur à l'orifice de sortie soit la plus faible possible, eu égard à la résistance mécanique des pièces. En outre, la filière 1 est complètement entourée par une bague isolante 5 par exemple en asbeste, que ne découvre que la partie terminale 5. Enfin l'évidement du noyau conçu pour obtenir l'amin- cissement 4 de sa partie périphérique terminale est également garni d'une pastille isolante 6 qui ne découvre que la partie amincie 4. Des moyens de réfrigération énergique et controlabie disposés en 7 et non représentés en détail, sont prévus pour refroidir les parties terminales 5 et 4 et amener la résine extrudée à la température adéquate à l'instant où celle-ci émerge de la tête d'extrusion. A cet effet, la demanderesse préfère une réfrigération par courants d'air froid. Suivant une variante préférée, la demanderesse prévoit une ogive d'étirage, non représentée, fixée à courte distance de la tete d'extrusion au moyen de la tige 8 sur laquelle glisse la gaine extrudée. Cette ogive a pour but de contrôler l'augmentation du périmètre de la gaine extrudée due à l'expansion de la résine et d'éviter ainsi la formation d'ondulations longitudinales. Dans ce cas, la réfrigération des parties terminales 4 du noyau 2 est obtenue par un balayage d'air froid amené et repris par des canalisations traversant l'ogive. Il est cependant évident que l'augmentation du périmètre de la gaine extrudée peut également etre contrôlée par la technique de la bulle prisonnière (extrusion soufflée) par un balayage contrôlé d'air froid au travers de la filière, cet air étant dirigé vers les lèvres amincies 4, par exemple, au moyen de défiecteurs. La description ci-avant se réfère à une tête d'extrusion droite, mais il va de soi que l'on peut également concevoir des tetes d'extrusion en équerre ou obliques sans pour autant s'écarter de l'esprit de la présente invention. Exemple En utilisant une tête d'extrusion conforme à la description cidessus (figure unique) on extrude un mélange constitué de 100 parties en poids d'ELTEX 54 001/23 contenant des stabilisants, d'une partie en poids de bicarbonate de sodium et de 0,5 partie en poids d'acide citrique. L'ELTEX 54 001/25 est un polyéthylène haute densité commercialisé par la demanderesse ; les deux autres additifs agissent en tant qu'agents de nucléation. A mi-parcours de son déplacement dans le corps de l'extrudeuse, on injecte dans la résine un mélange à parts égales de fréons ll et 12 qui agit en tant qu'agent d'expansion physique. La filière de la tete d'extrusion présente un entrefer de 1 mm et un diamètre de 80 mm. A leur extrémité aval, la filière et le noyau sont amincis et ne présententqutune épaisseur de 1 mm sur une longueur de 10 mm. Un disque isolant épais de 4 mm en fibres imprégnées de résine phénolique est fixé au fond de la cavité du noyau. Le manchon isolant 5, réalisé dans la même matière est formé d'anneaux Jointifs dont on peut faire varier le nombre et la longueur totale. La température de la résine dans l'extrudeuse atteint 1950 C et la réfrigération des parties terminales 5 et 4 de la filière est telle que la résine extrudée est ramenée à une température de 1300 C à la sortie de la texte d'extrusion. La feuille de polyéthylène cellulaire obtenue après refroidis sement, #découpage et aplatissement de la gaine extrudée a un très bel aspect. Son épaisseur est de 7 mm et son poids spécifique de 80 Kgr/m3. Elle présente deux peaux extérieures lisses et sa structure cellulaire est uniforme. Lorsqu'an opère de la m8me façon, en enlevant les isolations 5 et 6, la résine émerge de façon irrégulière de la filière et celle-ci s'obstrue continuellement. Par contre, si l'on diminue la réfrigération le produit extrudé s'affaise car la résistance-des parois des cellules est trop faible et les bulles formées par l'expansion de l'agent gonflant éclatent. REVEND IC AT IONS 1 - Tête d'extrusion pour la production de polyoléfines cellulaires caractérisée en ce qu'elle est constituée par une filière externe et un noyau dont les extrémités sont fortement amincies de façon telle qu'il soit possible d'y réaliser localement un fort gradient de température. 2 - Tête d'extrusion suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les parties amenuisées sont réfrigérées énergiquement et de façon contrôlée. 3 - Tête d'extrusion suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est protégée par un isolant thermique à l'exception des extrémités-amenuisées de l'orifice de sortie. 4 - A titre de produits industriels nouveaux les polyoléfines cellulaires obtenues à l'aide d'une tête d'extrusion conforme aux revendications 1, 2, 3.