Brevet FR2013655A1 — publié le 19700403

On sait que les vis d'extrusion classiques comportent trois zônes: une zône d'alimentation, une zône de compression et une zône de dosage (metering zône). Ces vis présentent les inconvénients suivants : elles sont très longues, leur chauffage est de réalisation malaisée et coûteuse, la compression seyait sur des matières déjà liquéfiées, de sorte que les gaz occlus ne peuvent plus s'échapper de la masse et nuisent à la qualité des produits, ce qui entraîne des rebuts; leur diamètre, relativement petit par rapport à leurlongueur est une cause de difficultés dans l'alimen- tation, en particulier pour le travail de matières pulvérulentes, la progression de la matière fondue offre une résistance élevée et demande donc un effort moteur considérable, dans certains cas, une resolidification locale dela matière peut mêmeprovoquer un blocage de l'appareil, on constate des phénomènes de battement qui font varier le débit de sortie, enfin, le temps de séjour des matières dans l'appareil est relativement long et entraîne souvent des dégradations thermiques. Le mélange est imparfait et non homogène, tant au point de vue mélange des matières qu'à celui de l'égalité des températures. On connaît également divers dispositifs d'extrusionutilisant des zônes de cisaillement qui améliorent l'homogénéisation. Celles-ci peuvent être appliquées au devant d'une vis classique (Kunststoff Extrudertechnik Schenkel Miinchen 1963 p. 52), au devant d'unevis courte (Brevet U.S. 3. 046. 603, brevet belge 682. 755), se composer d'un dispositif séparé, par exemple dans lapresse à injection Borg-Warner ou dans les extrudeuses à disques. Ces dernières, utilisant l'effet de cisaillement, donnent des produits de haute qualité au point devue homogénéisation mais présentent des difficultés au point de vue alimentation et n'engendrent que de faibles pressions. Divers moyens ont été proposés pour remédier à ces défauts, par exemple les brevets français 1. 428. 273 - 1. 432. 397 - 1.432. 398 1. 393.036, mais ils ne se sont pas imposés dans la pratique. On connaft encore la machine "Alpine" qui utilise une vis longue et une zône de cisaillement, mais elle présente les inconvénients des vis longues Les variations de température de la vis et du cylindre amènent des variations de leurs longueurs respectives et, par conséquent, des modifications du volume de la zône de dosage. A cause de la longueur de la vis et de sa marche adiabatique nécessitant une grande vitesse de rotation, le couple moteur est élevé et un mécanisme spécial de dosage est nécessaire. La présente invention propose, par la combinaison d'utilisation d'une vis courte créant la pression mais sans provoquer une fusion de la matière, et d'une consécutive zône de cisaillement assurant ladite fusion, de remédier aux inconvénients mentionnés. A cet effet, des dispositions sont prévues pour éviter la transmission de la chaleur entre la zône de cisaillement et la zône de compression, par exemple, l'insertion d'une pastille thermiquement isolante entre la tête de cisaillement et la vis de compression, et/ou la constitution de ladite tête en une matière mauvaise conductrice de la chaleur. Dans la zône de cisaillement, la chaleur dégagée par ce dernier assure la fusion de la matière synthétique. L'invention fait avantageusement emploi du fait connu que la chaleur dégagée par friction est proportionnelle à la viscosité, de telle sorte qu'il y a autorégulation, la zône de cisaillement étant ainsi un régulateur et un homogénéisateur de viscosité, de pression, et de débit. La vis et le cylindre sont profilés en vue de donner le maximum de pression sur les granulés, ceci peut se réaliser avantageusement par une variation convenable de la section du passage offert à la matière, cette section décroissant d'arrière en avant, par exemple par utilisation d'une vis conique ou tout autre moyen adaptant le dessin géométrique de la vis ou du cylindre ou leur état de surface. La tête prolongeant la vis, tête constituant, avec le cylindre correspondant profilé, la zône de cisaillement, peut recevoir diverses formes appropriées au but recherché, soit l'alimentation connue d'un moule, soit l'extru- sion directe de pièces profilées. Elle s'adapte aisément en vue de la confection de tubes qui, par suite du frottement de leur partie extérieure contre le cylindre, présentent, dans cette zône, des fibres disposées longitudinalement, tandis qu'à l'intérieur les fibres sont orientées en directionlsensiblement perpendiculaire par suite du frottement contre la tête en rotation. Ceci confère d'excellentes caractéristiques mécaniques au tuyau, les fibres intérieures résistant particulièrement bien aux efforts de compression ou de dilatation, tandis que les fibres extérieures donnent une bonne raideur au tuyau. Des moyens chauffants et/ou de refroidissement peuvent se disposer sur longueur du cylindre ou dans la vis. Un simple contrôle de la température à la sortie du dispositif s'est montré comme suffisant pour la conduite convenable de l'appareil. Les dessins annexés montrent schématiquement et exemplativelnent un dispositif connu et quelques formes de construction du dispositif de ltinvenlion. La fig. 1 est une coupe sur un dispositif avec tête à face plane. La fig. 2 est une coupe sur un dispositif permettant la fabrication de tubes de grands diamètres. La fig. 3 est une coupe sur un dispositif permettant la fabrication de tubes de petits diamètres. La fig. 4 est une coupe sur un dispositif assurant l'extrusion de baguettes ou l'alimentation d'un moule. La fig. 5 montre la disposition d'une plaquette d'isolation thermique entre la vis proprement dite et la tête de cisaillement. La fig. 6 est une coupe sur un tube réalisé suivant l'invention, avec représentation graphique de la disposition des fibres. En se reportant aux figures, la matière à travailler est amenée par une trémie connue d'alimentation 1 débouchant à la partie arrière du cylindre 2, dans l'intervalle ménagé entre ce dernier et la vis d'extrusion 3. La matière, normalement granulée ou pulvérulente, progresse entre la vis et le cylindre et s'y comprime progressivement. Le réglage de la température, éventuellement avec refroidissement extérieur, est tel que la matière reste solide ou, à la limite, légèrement ramollie en arrivant à la sortie de la partie filetée. La pression ainsi exercée progressivement assure l'expulsion vers de l'air intersticiel. La matière pénètre alors dans la zône de cisaillement formée par la tête 4 et la partie avant du cylindre. Les frottements et le laminage qui s'y produisent en assurent la fusion, des moyens chauffans6additionads pouvant, si nécessaire, être prévus dans ou autour du cylindre. Pour le fonctionneme nt correct du dispositif, il est important que la chaleur dégagée dans la zone de cisaillement ne puisse pas, ou du moins que très peu, être transmise à la matière se trouvant entre la vis proprement dite et le cylindre. A cette fin, la tête de cisaillement 4 ou la vis peuvent se réaliser en une matière mauvaise conductrice de la chaleur, ou bien une plaquette isolante 5 est intercalée entre ladite tête et la vis 3 (fig. 5). Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 3, la tête est profilée de manière à allonger la zône de cisaillement, tandis que les variations angulaires dans le trajet de la matière ont pour effet additionnel d'en effectuer un brassage d'homogénéisation. Dans le tube réalisé avec le dispositif de l'invention (têtes selon fig. 2 et 3) et exemplativement montré à la fig. 6, les fibres de la couche extérieure sont disposées longitudinalement, par suite des frottements de la matière fondue contre la paroi du cylindre, elles sont donc alignées sensiblement suivant la flèche 6. Par contre, les fibres de la partie intérieure du tube ayant été en contact avec la tête rotative sont, par exemple, orientées sensiblement dans le sens de la flè che 7 donc perpendiculairement aux fibres extérieures. En toute rigueur, elles sont disposées suivant des trajets spiraloidaux.On conçoit aisément que les fibres extérieures donneront de la raideur au tube, tandis que les fibres intérieures lui conféreront une rigidité radiale tant en cas d'écrasement par des forces extérieures que dans celui de dilatation, par exemple lors du transport d'un fluide sous pression. Afin d'adapter au mieux la longueur agissante de la vis aux caractéristiques de chaque matière traitée, il est possible de faire varier la position de la trémie d'alimentation par rapport à la vis. D'autre part, afin d'assurer la pression d'injection, comme aussi d'obturer le passage de la matière, on peut prévoir un mouvement axial de la vis par rapport au cylindre. Ce mouvement permet notamment la suppression du mécanisme d'obturation normalement employé en injection afin d'éviter les pertes de matière vers l'arrière de la vis. Les avantages essentiels du procédé de l'invention snnt: 1. La durée du séjour de la matière à l'état fondu est limitée à celui de passage dans la zône de cisaillement, elle n'est ainsi que de quelques secondes au maximum, ce qui réduit-les risques de modification de la texture moléculaire. 2. Le dégazage se produit dans la zône de compression des granulés ou poudres, cette cause de défectuosités dans les pièces finies est ainsiélirnLnée. 3. Il y a autorégulation de la viscosité et du débit. 4. Le réglage et le contrôle de la température sont très aisés. 5. La longueur de la vis peut se réduire à environ le tiers de celle des vis connues. 6. Pression constante réalisée sur les granulés ou les poudres dans une longueur constante de la vis. Il est bien évident que diverses variantes constructives, tant dans les formes et dimensions relatives de la vis, de la tête et du cylindre, que dans les matières utilisées peuvent s'envisager sans pour autant s'écarter du cadre de l'invention pouvant se caractériser par ce qui suit. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extrusion de matières plastiques, élastomères, thermodurcissables etc.., notamment pour la fabrication de tubes, à l'aide d'un dispositif avec vis, caractérisé en ce que la matière est compressée, sans fusion, dans la zône comprise entre vis et cylindre et en ce qu'elle est fondue ou plastifiée dans une consécutive zône de cisaillement. 2. Dispositif pour l'exécution du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose d'une courte vis d'Archimède portant, à son extrémité, une tête de cisaillement de section et profil appropriés à la forme de l'objet à extruder ou de l'orifice d'entrée du moule consécutif. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête de cisaillement est réalisée en une matière mauvaise conductrice de la chaleur. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête de cisaillement et la vis proprement dite sont séparées par une plaquetteen matériau mauvais conducteur de la chaleur.