Brevet FR2051822A1 — publié le 19710409

/1 5 10 15 20 25 30 35 40 26549 2051822 L'invention concerne im appareil pour le traitement de matériaux à haute viscosité» en particulier pour le traitement de mélanges caoutchouteux contenant différentes proportions de caoutchouc naturel et de charges d&ns une extrudeuse à une seule vis. Par les mots "plastique" et "matériaux plastiques" on entend ici des matériaux qui sont de- nature déformable ou moula-ble o Pour obtenir un plastique extradé de bonne qualité, il est nécessaire de mélanger intensivement le matériau plastique pour donner un produit homogène tout en maintenant une température constante à tout moment et en tout point de 1'extrudeuse. Dans une extrudeuse à une seule vis le mélange et l'homogénéisation du matériau plastique s'effectue à l'aide d'une seule vis tournante montée dans un fût cylindrique. le matériau est homogénéisé, mastiqué et pétri par l'interaction de la vis en rotation et des parois cylindriques. Après mélange mécanique et thermique du matériau en une substance homogène, on l'éjecte ensuite à travers une matrice pour lui donner sa forme permanente» le passage à travers la matrice doit s'effectuer à une vitesse aussi uniforme que possible„ On utilise des extrudeuses à vis pour le traitement des caoutchoucs, des plastiques et similaires et la vis est divisée en segments de configurations différentes,de façon à améliorer l'homogénéité et la plasticité uniforme en séparant les matériaux fondus et solides. On y parvient en forçant la iratière à extruder à passer entre le cordon de la vis et la paroi interne du cylindre de la vis. Les matériaux fondus se séparent de la phase solide du plastique en cours de traitement lors du transport de ce dernier dans la vis et on les recueille dans un récipient que les composants du plastique se trouvant exicore dans la phase solide ne peuvent- atteindre„ Dans ce procédé la chaleur provenant de la mastication du matériau dans la vis est utilisée pour liquéfier la matière à extruder. Cependant, quand on veut traiter des mélanges caoutchouteux, il est souhaitable de ne pas chauffer le caoutchouc au-delà de 120°C pour ne pas l'endommager» D'autre part, par suite de la grande viscosité apparente des mélanges caoutchouteux, le caoutchouc chauffe relativement vite lors du mélange et de l'homogénéisation, surtout lorsqu'on a besoin d'une vitesse de production élevéeo Ceci s'applique en particulier aux mélanges conte- u^SINM- 26549 2051822 narre d© aairua pourcentages de caoutchouc naturel". En outre, la faible oonduatibilité thermique des mélanges caoutchouteux se trr.-duit par un chauffage irré^uix-sr aux cours des processus de iJlan-ge et d.' homogénéisation o La caute températures non homogène oui en résulta est préjudiciable à la qualité de lsextrusioru La présente invention se caractérise en ce que le matériau à extrader est acheminé par la vis dans une zone de mélange dont les cordons sont tels qu'ils forment une vis de direction opposée de manière à faire rebrousser chemin au matériau à extrader» Des échancrures dans les cordons formant la vis, permettent au matériau de progresser vers "■ ' ~vant „ Les bords des échancrures sont à pexi près parallèles et sont espacés-v&'aae distant, minimale de 10 mm et maximale de 12 mm. La superficie de passage dans la zone de mélange qui provient des interruptions des cordons doit correspondre approximativement à la section droite annulaire de la vis dans la zone d'alimentation* A chaque extrémité de la zone de mélange se trouve une zone de transition relativeraent courte. Elle forme uxi espace mort dans lequel lamatière n'est pas mélangée» La largeur des inter ruptions du cordon doit rester aussi constante que possible jusqu'à la partie centrale de la vis dans la zone de mélange» Ceci nécessite en partie un élargissement du diamètre de la vis dans la zone de mélange pour obtenir un rapport correct de la superficie totale des interruptions du cordon à la section droite annulaire de la sone d'alimentation» Cet élargissement facilite également le maintien de la température de la zone de mélange à.moins de 120°Co Ls diamètre du centre de la vis dans la zone de mélange est égal ou légèrement supérieur à celui de la zone d'alimentation pour des raisons de stabilité structurelle par suite des tensions qui augmentent dans cette zone» Pour régler la progression du matériau - clans la zone de mélange et compenser tout éehauffement, on peut biseauter ou chanfreiner à angle droit par rapport à l'axe de la vis du côté opposé à la direction de la progression les dents pratiquement rectangulaires formées par les échancrures des cordons. Le biseautage maximal doit être voisin d'une ligne diagonale à travers une dent non modifiée„D'autre part, du côté faisant face à la direction de la progressions les échancrures des dents peuvent avoir des surfaces chanfreinées à un certain angle par rapport à la progression du matériau* On peut ainsi régler le mélange et 13hoiaogénsi3ation en fonction de la progression du caoutchouc BAD ORDINAL 70 26549 3 2051822 vers l'avant pour obtenir un rapport correct de chauffage et de mélange. En service le caoutchouc dans la zone de mélange a tendance à retourner vers la zone d'alimentation. Etant donné qu'une près-5 sion de soutien opposée à la direction générale de la progression se traduirait normalement par un chauffage du matériau au-delà de la température permise, l'élargissement de la "taille de la zone de mélange par rapport à la zone d'alimentation se traduit par une réduction de tout excès de pression,, Le mélange est dû essen-tiellement à la division de la progression et aux retours. Ainsi, alors qu'on associe normalement un mélange avec une haute température et une section droite importante avec un mauvais mélange, la présente invention combine ces deux données et se traduit par un mélange intensif avec un éehauffement acceptable. On a déterminé ^ 5 expérimentalement une zone critique de largeur d'échancrures pour mélanges caoutchouteux. Pour des échancrures inférieures à 10 millimètres, on obtient une augmentation préjudiciable de la température de mélange et pour des échancrures supérieures à 12 millimètres on obtient une homogénéité médiocre du mélange. ^ Ce type de traitement dans 1'extrudeuse à vis mélange le matériau tout en le chauffant uniformément. La zone de mélange selon l'invention dans une extrudeuse à une seule vis provoque un haut degré d'homogénéisation, une plasticité uniforme et la proportion adéquate du chauffage» L'invention est illustrée à l'aide du dessin annexé dans le*-quel : la figure 1 est une vue latérale simplifiée d'une extrudeuse selon l'invention ; les figures 2 et 3 sont des vues en section droite de la vis selon la présente invention respectivement suivant les lignes 2-2 et 3-3 de la figure 1 ; la figure 4 est une représentation schématique de la progression du caoutchouc à travers les échancrures des cordons de la zone de mélange dans la mise en oeuvre de la figure 1 ; et 35 la figure 5 est une vue latérale d'une partie des oordons dans la zone de mélange d'une autre mise en oeuvre de la présente invention. Comme on le voit sur les figures 1 à 3 1'extrudeuse 1 comprend une zone d'alimentation 2 et une zone de mélange 3® Une autre zone de travail ou de transport 4 ou -une matrice d'extrusion 30 40 70 26549 4 2051822 (non représentée) peut se trouver tout de suite après la zone 3„ la zone d'alimentation 2 provoque la progression du matériau à extruder d'un récipient ou similaire à la zone de mélange 3 à l'aide d'un segment 5 à une seule vis et plusieurs filetages montés 5 dans le carter 200 les cordons 6 du segment de vis 5 sont disposés à un angle oblique par rapport à l'axe central de la vis 5o Cette zone est suivie de la zone de mélange 3 dans laquelle est située une vis à contre-courant 7 à un seul (non représenté) ou plusieurs filetages de diamètres central et extérieur supérieurs 10 à ceux du segment de vis 5 = le segment de vis 7 possède des cordons 8 orientés en sens contraire des cordons 6 de la zone 2 et ils sont interrompus par des échancrures 9. Ces échancrures 9 sont indiquées comme étant régulièrement espacées mais elles peuvent être espacées irrégulièrement si on le désire, 15 Comme on peut le voir sur la figure 4» l'orientation con traire et les interruptions des cordons provoquent une division et la déviation de la progression du caoutchouc„ le matériau en cours d'extrusion s'entasse dans les régions situées en face des parties non échancrées des cordons 8. Par suite de la pression du matériau 20 qui suit et qui arrive dans la zone 3 et par suite du mouvement de rotation du segment de vis 7» le matériau est forcé de passer à travers les encoches à droite et à gauche de chaque partie non échancre e0 le matériau est ensuite dévié et forcé à travers une succession d'échancrures dans les dernières parties du segment de vis 7o 25 Ces retours et déviations éliminent un éehauffement ou une volcani-sation locale tout en provoquant un mélange et une plastification intensifs du matériau et il en résulte à la sortie de la zone de mélange 3 un matériau mécaniquement et thermiquement homogène» On a déterminé expérimentalement que pour des mélanges Z0 eaoûtchouteux les bords des échancrures 9 doivent être parallèles et doivent avoir une largeur comprise entre 10 et 12 millimètres. Avec des échancrures inférieures à 1Omm, des températures élevées de mélange endommagent le matériau caoutchouteux et avec des échancrures supérieures à 12 mm,"le matériau'caoutchouteux n'est pas 35 homogénéisé,, On a.trouvé■ également qu'on intensifie le mélange en augmentant le nombre de déviations par accroissement du nombre d®échancrures 9« les données de structure de la vis peuvent exiger que l'on s'écarte légèrement de ces limitations, par exemple les bords des échancrures peuvent ne pas être tout à fait parallèles, 40 sans pour autant ne pas obtenir le résultat unique de la présente 70 26549 5 2051822 3 ■ invention,, • • Les échancrures 9 doivent s'étendre jusqu'à la partie centrale du segment de vis 7. Pour des raisons de stabilité et de meilleure répartition des contraintes dans les cordons 8, on peut 5 arrondir le fond des échancrures 9 comme représenté sur les figures» La section droite annulaire de la zone d'alimentation 2 mesurée sur le diamètre extérieur 11 du segment de vis 5» et la superficie de passage c'est-à-dire la superficie totale des échan-10 crures 9 des cordons 8 doivent être approximativement égales. Ce rapport peut varier entre 0,5 : 1 et 2 : 1, suivant la nature du matériau à traiter et les possibilités de résistance et de stabilité des fixations des cordons.Par suite de la pression supplémentaire régnant sur les cordons à contre-courant dans la zone de mélange •| 5 3, le diamètre 13 de la partie centrale du segment de vis 7 doit être légèrement supérieur au diamètre 11 de la partie centrale du segment 5. Pour harmoniser ces critères, à savoir superficie totale des échancrures, largeur d'échancrure convenable et diamètre élar-20 gi de la partie centrale, en fonction des possibilités de résistance des cordons 8, le diamètre extérieur 12 de la zone de mélange 3 est supérieur au diamètre extérieur 10 de la zone de mélange0 Ceci est d'autant plus important que, quand il en résulte un volume de travail plus grand pour le segment de vis 7 que pour le seg-25 ment de vis 5» cette disposition facilite le maintien de la température de la zone de mélange dans une gamme acceptable par dissipation de tout excès de pression. Grâce à cet élargissement de section, on obtient un mélange complet par suite de la division et des retours de la progression du caoutchouc sans éehauffement 30 indésirable. Pour régler davantage la température et le mélange, on peut modifier la forme essentiellement rectangulaire des dents formées par les échancrures dans les cordons 8 afin de diriger la progression du matériau. Comme on le voit sur la figure 5> si la 35 direction générale de la progression se situe" : dans*-la direction indiquée par la flèche 14» le retour dans la direction opposée OQ, peut être contrôlé en biseautant ou chanfreinant le bord/du cordon 8 qui fait face au courant de matériau à angle droit par rapport à l'axe de la vis. Le chanfrein maximal correspond approximative-40 meiiû à une- ligne diagonale à travers une dent non modifiée pour 70 26549 6 2051822 former mi soin triangulaire go^g représente figure 5. la progression -dariS la direction d© là flèche 1.4 peut être réglée en chanfreinaat les bords extérieurs 8 b des échancrures 9 des dents opposées au courant de matériau à un certain angle par rapport à 5 la direction du courant. Tov:.\;modification apportée à la forma des dents doit s'étendre jusqu'à la partie centrale du segment de vis 7o Les zones 3a et 3b forment une transition entre la zone d'alimentation 2 et une autre aone de travail 4« Le diamètre central 10 de ces zones varie pour relier sans à-coups les différentes zones* Le carter 20 peut comporter différentes portions reliées par des brides pour faciliter le nettoyage. L'ensemble de la totalité de la vis peut être en une seule pièce ou comporter plusieurs parties. 70 26549 7 2051822 BETEKDIGATIONS 1. Extrudeuse à vis pour mélanges'- de caoutchouc et similaires comprenant -une*-zone d'alimentation ayant une première vis avec un cordon hélicoïdal formant un filet dans une première direction, caractérisée par une zone de mélange (3) ayant une 5 seconde vis(7» 8, 9) comportant au moins un cordon (8) formant un filet en direction opposée à la première vis, ce cordon ayant des échancrures (9) de largeurs à peu près constantes sur la plus grande partie de la longueur des échancrures, ce qui produit une division et un retour partiel en arrière du matériau à extruder» 10 2 0 Extrudeuse selon la revendication -1 caractérisée en ce que le diamètre extérieur (12) de la seconde vis est supérieur au diamètre extérieur (10) de la première vis» 3. Extrudeuse selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la section droite totale des échancrures du cordon de la 15 seconde vis est à peu près égale à la section droite entre la circonférence extérieure et la partie centrale de la première vis. 4» Extrudeuse selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le rapport de la section droite totale des échancrures dans le cordon de la seconde vis est dans la gamme de 0,5 à 2 fois 20 la section droite comprise entre la circonférence extérieure et la partie centrale de la première vis. 5. Extrudeuse selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que les échancrures s'étendent jusqu'à la partie centrale de la seconde vis. 25 60 Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la largeur des échancrures dans le cordon de la seconde vis est dans la gamme de 10 à 12 mm. 7. Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'un côté (8a) d'au moins une 30 des dents formées par les échancrures dans le cordon de la seconde vis est biseauté sur au moins une portion de sa surface à angle droit par rapport à l'axe de la seconde vis. 80 Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'au moins un côté (8b) d'au 35 moins une échancrure dans le cordon de la seconde vis est biseauté à un certain angle par rapport à l'axe de la seconde vis pour régler la progression la revendication 2 caractérisée en ce que la partie centrale (13) de la seconde vis est supérieure à la i-n-rtie centrale (11) de la première vis. 26549 8 2051822 10. Extrudeuse selon l'-one quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fond des échancrures dans le cordon de la seconde vis est arrondi»