Brevet FR2028862A1 — publié le 19701016

La présente invention concerne l'extrusion de; matières thc-rmoplastiques, telles c;Ub par exemple le fluorure de polyvinylidène^ Plus particulièrement, elle se rapporte à un dispositif pr-rfectionnr" d'extrusion de polymères visqueux de poids moléculaire.nlevê, tels que p;ir exemple le fluorure de polyvinylidène, dispositif d'extrusion è gronde vitesse et fournissant des produits extrudés homogènes, exempts de défauts internes ou superficiels, de ruptures au fÊlures. L'invention concerne en particulier une filière de conception nouvelle et améliorée pour l'extrusion t=n ligne de barres, profilés, tubes ou tuyaux, symétriques ou non. Le fluorure de polyvinylidène est une résine thermoplastique è base de fluor. f C'est un polymère de fluorure de vinylidène, cristallin et de poids moléculaire élevé. De par sa composition et sa structure le P,VF2 présente une stabilité excellente face aux contraintes de l'environnement. D'autres propriétés, dérivées de sa composition stable et uniforme, sont le stabilité thermique, une résistance élevée aux chocs, aux efforts de traction et de compression, une aptitude faible è se boursouffler et une excellente résistance chimiqu.e S de très nombreux composés qui attaquent un grand nombre de mati&rea plastiques usuelles Le fluorure de polyvinylidène se prête ô des mises en forme variées telles que, par exemple, barres, profilés, tubes, tuyaux, enrobages et gaines de fils, ou encore films, por utilisation de moyen d'extrusjLon connus. Pour toutes ces applications le PVF2 se comporte en vr«ie matière theréioplastique et peut Être géntr.ilement travaillé par les moyens et outillages connus d'extrusion. Toutefois, le fluorure de polyvinylidène, en tant que polymère de poids moléculaire f>li;vr', h t.iux important de fluor et à hfiut point de fusion, se CEiraeté- BAD ORIGINAL 70 01868 2 2028862 rise por une viscosité assez forte aux températures de travail, des propriétés fortement visco-élastiques de la masse fondue st un coefficient critiqua de cisaillement assez faible. Au formage du PVF2 par les procédas et outillages de l'art antérieur, spécialement à des vitesses de défilement élevées à travers des filières classiques, les propriétés précitées peuvent conduire la masse & se rompre, È mal se travailler, ce qui se traduit par des tensions internes, affectant la résistance et la stabilité de la forme du produit final, en particulier dans les ambiances présentant des variations irrégulières ou cycliques d'une température élevée. Le brevet antérieur des Etats-Unis d'Amérique N® 3.402.427, eu nom de la de-manderesse^a décrit et représenté une filiôre è tfite d'êquerre pour extrudsr fe grande vitesse des hauts polymères visqueux. Dans ce brevet figure un dispositif obturateur comprenant au moins deux passages annulaires tronconiquej, située en aval de la tête d'extrusion. Le filière à tête d'êquerre selon le brevet précité permet .un écoulement laminaire réglable, assure une chute de pression contrôlée et présente successivement des zones de fort cisaillement et des zones de relaxation et d'écoulement laminaire. Des essais à grande échelle de la structure de la tfite d'êquerre ont révélé qu'elle délivre une masse fondue excellemment travaillée, de grande homogénéité thermique et physique, sans défauts de surface ni tensions internes, pour des vitesses de défilement élevées. Comme on le sait, les filières h tC.te d'êquerre délivrent la masse fondue perpendiculairement cj l'e-xu de lt* machine â extrudur, nu moyen d'un déflecteur profilé intérieur. BAD ORIGINAL 01668 2028862 3 Cependant, quand on veut extruder des barre3,tubes, au tuyaux, l'emploi d'une filière S tête d'êquerre exige des modificr-tiona onéreuses et encombrantes de la machine et de ses accessoires. Dans de nombreux cas, la structure è angle droit de la filiôre ne s'accorde pas avec la boudineuse ou extrudeuae et ne peut se justifier que pour des lignes de production permanentes, où l'usage d'un tel outillage est absolument obligatoire. Cependant, quand on désire utiliser l'outillage en ligne h l'endroit où ls maa-se est mise en forme suivant l'axe de la machine S extruder, un problème fondamental se pose dans le mode de montage du dispositif obturateur pour qu'il n'y ait pas de conflit avec le sens de l'écoulement laminaire régulier. C'est que le montage d'un dispositif obturateur interne sur un appareil d'extrusion en ligne requiert normalement l'emploi de croisillons radiaux ou de bras pour supporter les éléments de 1'obturateur. Comme ces croisillons radiaux et/ou ces "bras -supports font dévier le courant de matière plastique qui lew franchit, le regroupement de la matière immédiatement après ces barrières-supports peut occasionner des fissures et par conséquent des défauts internes et externes. Sien entendu, il est également difficile d'assurer le maintien de la tem- : - l pérsture à travers toute la section deB croisillons. Un but de l'invention est donc de réaliser ûn dispositif obturateur pour l'extrusion en ligne de matières thexmoplastiques visqueuses, qui .délivre une messe fondue très bien travaillée et d'une excellente homogénéité thsrmique et physique. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif obturr-teur en ligne pour l'extrusion d'une matière thermoplastique visaueuse, dtins lequel des mas1 BAD ORIGINAL 01868 2028862 4 ses fondues bien travaillées aont délivrées à grande vitesse. Un autre but encore de l'invention est d'offrir un procédé et dispositif d'obturation pour extruder des tubes de différents diamètres et dimensions. Un autre but de' l'invention est d'offrir un procédé et dispositif d'obturation utilisable r-vec les polymères viscoélastiquea, permettant de compenser facilement les ruptures provoquées par les bras-supports. Un autre objet encore de l'invention est de réaliser un dispositif obturateur en ligne, utilisable avec des résines visco-élastiques, dans lequel les moyens d'obturation sont situés en amont des zones de relaxation. Un autre objet de l'invention est de réaliser un obturateur pour l'extrusion en ligne d'une matière visco-élastique permettant de régler l'écoulement avec une grande facilité. f; D'autres buts de l'invention sont d'offrir un procédé et dispositif perfection- f.ïcilt' et 4conomiqut; nésdu type décrit, de réalisation,/ de construction robuste, è la fois efficient et efficace. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et don- 1 nant: S titre explicatif mais nullement limitatif deux mode» de réalisation conformes h l'invention. La figure 1 représente en coupe longitudinale un dispositif obturateur suivant l'invention; Ln figure 2 est une coupe transversale le long de la ligna 2-2 de la figure 15 La figure 3 est une vue en coupe transversale le long de la ligne 3-3 de la figure 1 ; La figure-4 est une vue en coupe transversale avec arrachements le long de la ligne 4-4 de la figure 3; « La figure S est une vue en coupe transversale le long de la ligne 5-5 de l.n figure 1;et: BAD ORIGINAL 01868 2028862 5 L.i figure 6 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une filière d'ouverture réduite, S monter sur le dispositif obturateur. Hur les figures, les mfimes chiffres de réfi'rencfe se rapportent h dès éléments semblfiblés. Lr filière comprend un premier demi-corps 12 généralement cylindrique, directement assemblé., à une buse d'extrusion (non représentée) à l'aide d'un alésage taraudé 14. Le second demi-corps 16 est assemblé axialement svec le premier demi-corps 12, l'alignement périphérique étant assuré au rooym d'un certain nombre de clavettes ou goupilles de guidage, disposées en cercle, fixées dnns le premier demi-corps 12 et pouvant coulisser dans les trous 20 du second . demi-corps 16. Un collet 22 du premier demi-corps 12 est usiné à un diamètre de 0,05 à 0,15 mm inférieur è celui d'un alésage 24 dans le second demi-corps 16, de manière S ce que les deux demi-corps se déplacent l'un par rapport h l'autre h la manière des éléments d'un télescope dans la zone du collet et à partir d'un siège d'obturateur. .. fcxti'riÈurc- i La surface/du premier demi-corps 12 est filetée S gauche en 26, tandis que la surface adjacente du second demi-coxps 16 présente un filetage è droite 28. Les duux demi-corps 12 et 16 sont accouplés en outre au moyen d'un anneau 30 fileté intérieurement et présentant des empreintes de.serrage 30 permettant sa rotation Ô l'aide d'une clef convenable. Visiblement, la' rotation de l'anneau 30 dwns un sens rapproche les deux demi-corps, à la manière des éléments d'un télescope, tandis qu*une rotation en sens inverse les éloigne. On observe que la rotation de l'écrou ou de l'anneau 30 fait varier la longueur d'une cavité intérieure 34 et plus spécialement de la cavité conique 36, faisant office de siège d'ab- turateur. Le second demi-corps 16 comprend ûn mandrin central 38, supporté axialement par des bras 40. Un embout fileté 38 A du mandrin 38 supporte caaxinleir>e;nt un organe conique ou cfine nSle- 42 qui s'avance à travers la cavité conique 36 et p; r-tirllernent d.^ns le cavité cylindrique 34. Ainsi, par rotation de l't'nne.^u 30, le cfine ir.Sle 42 peut aller et venir dans s« cavité conique complémentaire ou siège 36. Cet fige-ncement fdit pnD3er ls masse fondue depuis l'extrudeuae jus-f'Ut: d. ns le prssfge 36-^2, défini par le position relative du cfine mSlu et de BAD ORIGINAL 01868 2028862 6 son siège dans le premier demi-corps 12. Comme 1'espaça annulaire 36 est ré-glî>ble, l'effet de cisaillement auquel est soumis l*a matière fondue et d'une façon correspondante la pression arrière de lo filière peuvent Être réglés indépendamment de la section trarmerssle de la filière. La masse fondue, à sa sortie de l'espace annulaire conique 36, traverse l'es» Ctivit^' pace 44 entre les bras 40 et pénètre dans l'espace /annulaire 46 en aval de ' ; dt- hfjut nivt.au inventif l'organe obturateur 42 et du mandrin 38. L'espace 46 ./délimite la zone de relaxation ou la matière visco-élastique se relSche et récupère après le grand ef*-i fort de cisaillement imposé aur son trajet par la zone d'obturation 36 et la ou cavité présence des bras 40. L'espace/46 est délimité entre' un mandrin 48 prolongé vers l'arrière , vissé sur un embout fileté 38 B du mandrin 3.0 et. une courons ne périphérique 50 fixée à l'arrière du second demi-crops 16, Un anneau de centrage 52 est disposé ô l'intérieur de la couronne 50 et peut se régler en position radiale per 4 vis symétriques 54,55,56 «t 57. L'alésage de l'anneau de centrage 52 comprend une paire de surface* coniques 52 A et 52 B dont les sommets définissent un étranglement 58 avec le diamètre extérieur du mandrin 4B. Une filière 60 e#t fixée è l'arrière de la couronne 50 rêt, définit, le diamètre extérieur du tube ou tuyau^P en cours d'extrusion. La toearln de. .filière 62 est vissé sur l'arrière du mandrin 48 et disposé coneentriquement h le filière 60,; de manière è définir le diamètre intérieur du tuyau P en cours d'extrusion. Pour assurer une transmission uniforme de la chaleur aux surfaces intérieures et extérieures de la masse fondue, des éléments chauffants et/ou des bobines chnuffantcs peuvent f)être introduits d'une manière convenable au centre et è la périphérie du dispositif d'obturation. Par exemple, un élément chauffant électrique 64 peut Stre introduit.dans un trou centr.l 66 du maindrin 62, ce trou 66 se prolongeant à travers les mandrins 40 et 38 ut. ,boutiss»nt finalement dans un trou borgne 68 du cône tnSle A2. On peut introduire un riutm r'ié-ment cheuffant 7 0 dfjns un trou oblirue 72 allant jusqu'au trou 66 t n traversant le m-ndrin 38. Un second trou oblique 74 d-ns ltqufil on engage un embout 76 trr.vf-rse le demi-corps 16, le bras supérieur 40 et le mandrin 38. On peut introduire 1',-ir ou un gnz par l'enjbout 76 e:t le trou obliruc. JA si l'on veut BAD ORIGINAL 70 01868 2028862 7 former If tuyau P p x un procédé semblable à l'extrudo-gonflage, D?sns ce dernier cns, des rainures longitudinales (non représentées) réalistes S l'intérieur du trou oblique 7£, ou bien des méplats ou des rcîinures longitudinales réalisas b l'extérieur de l'élément chauffant, ou encore un élément chauff.^nt creux assurent le passage de l'air à l'intérieur du tuyau extrudé. Une série de quatre contre-trous 77,78,79 et 80 sont percés à trevers la couronne 50 dnns l'alignement de tar/iudages dans le second demi-corps 16. Des vis è tÊte cylindrique 77 A, 78 A, 79 A, et BO A traversent la couronne 50 et se vissent dans les taraudages du demi-corps 16 pour fixer Ici couronne sur ce dernier. D'une manière analogue, la filière 60 présente 4 trous non représentés, disposés en cercle, en correspondance avec des taraudages 81,82,83 et 84 dr'na la couronne 50. La filière 60 est alors assemblée avec la couronne en vissant quatre vis è tSte cylindrique 81 A, 82 A, 83 A et 84 A à travers l'épaule-ment B5 dnns les taraudages correspondants. La figure 6 représente le montage d'une filière 160 dont l'orificc .. présente un diamètre intérieur plu3 ftiible que celui de la filière 60 et d'un mandrin - de filière 162 de diamètre extérieur plus faible que celui du mandrin 62. La filière 160 est fixée è la couronne 50, comme précédemment è l'aide de vis à tSte cylindrique, parmi lesquelles deux seulement 81 A et 83 A sont représentées. De façon identique, le mandrin de filière 162 e3t vissé sur un embout fileté du mandrin arrière 48. De plus, on s représenté un ruban chauffant circulaire 86, entourant la périphérie de la filière 160, assurant le chauffage extérieur de 1» filière et du mandrin 162. On peut observer au'on peut aussi utiliser une bobine chauffante ' pour élevrr la température de l'orifice do la filière. Enfin, on peut noter que la longueur de- la partie de filière 160-162 pcrmett-int d'extruder des tuyaux de petit diamètre est supérieure à cellt de la partit: correspondante dp la filière 60-62. 1 BàD original 01868 2028862 8 Comme il ressort de la description précédente l'effort de cisaillement et 1» tnt pression arrière de la masse fondue dépend/en priorité non pas de l'espace annulaire fgrniant lîarifice do sortie de la filière, mais bien du réglage du dispositif obturateur, c'est-è-dire de le position du cfine m81e 42 par rapport à son siège conique 36. En tournant 1' fi l'état relaxé, la masse fondue peut se prSter à l'extension de produits uniformes y compris le soufflage de forme3 gonflées â parois uniformes, grâce è l'introduction d'air par l'ajutage 76 et le trou oblique 74. Bien entendu, la présente invention p'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif. et elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. BAD ORIGINAL 70 01868 2028862 R1 REVENDICATIONS 1. Dispositif obturateur et filière pour l'extrusion en ligne d'une matière thermoplastique, caractérisa en ce ou'ils comprennent un corps présentant un passage axial qui peut Être disposé coaxialement pvec une extrudeuse ; un siège conique dans ce passage j un clapet conique coopérant avec le siège ; un croisillon ou des moyens analogues pour supporter radislement le clapet, co-axialement du siège ; des moyens pour déplacer longifcudinalement le clapet par rapport su siège de mf-nière è faire varier l'espace annulaire entre les deux ; une cavité annulaire à haut niveau inventif située en aval du croisillon ou des moyens analogues et constituant une zone de relaxation pour la matière thermoplastique { ainsi qu'une filière, reliée è l'aval du corps et présentant un orifice en correspondance avec la zone de relaxation, 2. Dispositif obturateur et filière suivant la revendication 1,# caractérisés en ce qu'ils comprennent un mandrin coaxial è la cavité annulaire et S l'orifice de la filière. - V',-. 3. Dispositif obturateur et filière suivant la revendication 1 ou 2(caractéri- . sés en ce qu'ils comprennent des moyens de chauffage pour le mandrin. 4. Dispositif obturateur et filière suivant la revendication 1» 2 ou 3, caractérisés en ce qu'ils comprennent des moyens de chauffage pour le corps. 5. Dispositif obturateur et filière suivant la revendication 11ou fe, caractérisas en cc qu'ils comprennent des moyens de chauffage pour la 'filière. i.'z fili«r«" 6. Dispositif obturf>teur/3uivont la revendication 2,3,4 ou 5,- caractérisés en ce qu'ils comprennent un anneau de centrage concehtrinue au mandrin. 7. Dispositif obturateur et filière suivant lf revendication 6, caractérisés en ce ru'ils comprennent des moyens pour régler la position radiale de cet an« netiU de centrage, ;;fin d'obtenir une épaisseur de pr-roi uniforme pour les tuyaux c:-xtrudt*-s par ladite filière. bad original 01868 2028862 R2 8. Dispositif obturateur et filière- suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisés en ce qu'ils comprennent un trou borgne traversant longitu-dinalernent le mandrin et des moyens tels qu'un trou de perçage pour introduire un gaz sous pression dans le trou borgne en amont de la filière, ce oui permet d'obtenir S la sortie de la filière un tube formé par extrudo-gonflage. 9. Dispositif obturateur et filière suivant-l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils sopt réalisés de manière à pouvoir s'adapter à "des filières et deg mandrins interchangeables, afin de former des tuyaux de différents diamètres intérieurs et extérieurs. 10. A titre de produits nouveaux, barrea, tubes, tuyaux, films, enrobages et gîjines de fils obtenus au moyen du dispositif selon l'une quelconque dea revendications précédentes. BAD ORIGINAL