Brevet FR2046857A1 — publié le 19710312

La présente invention se rapporte à un procédé d'extrusion pour produire de la matière polymère cellulaire et à un appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé» L'expression "matière polymère" telle qu'on 1°utilise dans la présente description comprend 5 les matières thermoplastiques, les élastomères et les matières plastiques thermodurcissabîes» Le procédé est du type dans lequel la matière, à l'état visqueux ou fluide, est soumise à un gaz sous pression dans une zone d'une machine d'extrusion à vis qui n'est remplie que partiellement par la matière, pour amener suffisamment 10 de gaz à se dissoudre dans toute la matière, et la matière dans laquelle le gaz est dissous progresse à travers une zone sensiblement remplie complètement de la machine et est ensuite extrudée à travers une filière, après quoi le gaz dissous est libéré et la matière se dilate pour former la structure cellulaire» 15 On a proposé d'utiliser, pour un tel procédé, une machine d'extrusion à vis comportant trois zones, une première zone dans laquelle la mati.ère est travaillée et amenée à une seconde zone partiellement remplie (à-laquelle on se référera ci-après par-l'expression. "zone d'injection du gaz"), dans laquelle elle est soumise ;20 à la pression'du gaz et est ensuite amenée à une troisième zone -sensiblement remplie complètement à laquelle on se référera ci-après par l'expression "zone d'extrusion") à partir de laquelle elle-est extrudée, la seconde zone de la vis de la machine d'extrusion comportant un diamètre de fond de filet plus petit que celui de la 25 première et de la troisième zone . L'utilisation d"un tel appareillage pour la mise en oeuvre du procédé a pour inconvénient qu'il est difficile de contrôler la vitesse de passage de la matière de zone à zone et, par conséquent d'obtenir un "extrudat" de section sensiblement uniforme et la présente invention a pour objet de . 30 remédier à cet inconvénient» Le procédé d'extrusion conforme à l'invention consiste i à amener la matière polymère sous pression, à l'état visqueux ou fluide, dans l'extrémité d'entrée d'une machine d'extrusion à vis comportant une zone dJinjection du gaz, dans- laquelle la matière 35 . polymère est soumise à un gaz sous pression, suivie d'une zone d'extrusion à partir de laquelle elle est extrudée à travers une filière; à déterminer l'emplacement, dans le cylindre de la machine d'extrusion, de la transition entre la partie qui est partiellement 70 22306 2 2046857 remplie par la matière polymère et la partie qui est sensiblement remplie entièrement par la matière polymère par la mesure d9une condition ou de conditions régnant dans le cylindre de 1® extrudeuse, par exemple, par la mesure de la pression du gaz et/ou de la matiè-5 re polymère en un point ou en des points dans le cylindre de ^extrudeuse à l'endroit ou près de l'emplacement désiré de la transition; enfin, à contrôler la relation existant entre la vitesse d'amenée de la matière polymère à 1®extrudeuse et la vitesse de 1®extrudeuse à stabiliser la position de la transition en fonction 10 de ladite mesure a La matière polymère est, de préférence, amenée à la machine d'extrusion à partir d'une autre machine d'extrusion à vis et-la relation entre la vitesse d'amenée et la vitesse de l'extrudeuse est de préférence contrôlée par le réglage de la_vitesse de la vis 15 de cette autre machine soit à. la main, soit automatiquement en fonction de la condition ou des conditions mesurées» Dans une variante, cette relation peut, dans certains cas, être contrôlée par le réglage de la vitesse de 1®extrudeuse à laquelle la matière polymère est amenée,, en faisant par suite varier le débit de 1"extrudeuse 20 et, dans le présent cas, où la matière polymère cellulaire est en cour» d'extrusion sur un fil métallique qui avance dans le sens de sa longueur, il sera nécessaire deeffectuer également un réglage approprié à la vitesse de déplacement du fil métallique» L'invention comprend également 1"appareillage pour la mise en 25 oeuvre du procédé d'extrusion comportant s deux machines d'extrusion à vis entraînées de façon indépendante; un dispositif pour amener la matière polymère, à l'état visqueux ou fluide, de l'extrémité de sortie de l'une des machines (la première'machine) à l'extrémité d'entrée de l'autre machine (la seconde machine); un 30 dispositif pour envoyer du gaz sous pression à l'extrémité d'entrée de la seconde machine; un dispositif d®étanchéité, à l'extrémité d'entrée de la vis de la seconde machine pour empêcher pratiquement la perte de gaz et de matière polymère; un dispositif pour mesurer une condition pu les conditions régnant dans le cylindre de la se-35 conde machine à l'endroit de ou près de l'endroit de la transition entre une zone d'injection du gaz et une zone d'extrusion; enfin, un dispositif pour contrôler la vitesse de la première machine en fonction de cette condition ou de ces conditions» 70 22306 3 2046857 Dans l'appareil conforme à l'invention, la première machine d'extrusion est, de préférence, montée de manière q_ue l'extrémité de sortie de sort cylindre ou d'un prolongement de ce dernier soit fixée à 1?extrémité d'entrée de la seconde machine et que le res-5 tant de son cylindre soit monté de manière qu'il puisse sous l'action de la dilatation thermique se rapprocher ou s'écarter de la seconde machine, L!extrémité d'entrée du cylindre de la première machine peut, par exemple, être montée sur des manchons coulissants supportés par le bâti sur lequel la seconde machine est montée et 10 auquel l'extrémité de sortie de la première machine est fixée„ Dans une variante, l'extrémité d'entrée du cylindre de la première machine peut être montée sur un chariot déplaçable le long d'un organe de guidage » ...... Les demanderesses préfèrent relier entre eux les cylindres de 15 la première et de la seconde machine au moyen d'un raccordement constitué par un conduit courbe qui est de longueur suffisante pour être assez flexible pour se prêter à la dilatation en lui-même et dans toutes parties de chacun des cylindres qui sont libres de se dilater en direction.de l'autre cylindre mais qui est suffisamment 20 court pour empêcher qu'une pression exagérée s1 accumule dans lui-même ou à l'intérieur de la première machine Une variante de procédé pour raccorder entre elles les deux machines consiste à accoupler l'extrémité de sortie du cylindre de la première machine rigidement à l'extrémité d'entrée du cylindre de la seconde machine et, par exemple, à monter les autres extré-30 mités (libres) des cylindres des deux machines sur des manchons coulissants ou sur des .chariots déplaçables le long d'organes de guidage « Le procédé utilisant un court conduit courbe présente l'avantage que les machines peuvent être montées de manière que leurs axes se trouvent dans des plans parallèles espacés, de façon à 35 laisser un libre accès aux deux extrémités de chaque machine <> Le dispositif servant à mesurer les conditions régnant dans le cylindre de la seconde extrudeuse à l'endroit de ou près de l'endroit de la transition entre la zone d'injection du gaz et la zone 70 22306 4 v 2046857 d® extrusion, peut, par exemple se composer d'un transducteur ou de transducteurs de pression ou d'un dispositif ou de dispositifs de détection basés sur des ultrasons ou sur l'utilisation de radio-isotopes ou de sources de rayons-X ou sur la mesure de la conductibilité thermique ou 5 de la tension électrique ou de la capacitanceo Un procédé et un appareil pour contrôler automatiquement la vitesse d'amenée de la matière polymère dans une machine d'extrusion à vis en fonction de la pression interne régnant en un ou en plusieurs points le long du cylindre de la machine font l'objet de 10 la demande nfi 42224/69 déposée le 25 Août 1969= L'invention comprend également un procédé permettant de faire avancer un fil métallique dans le sens de sa longueur avec une couche de matière polymère cellulaire, procédé dans lequel la couche de matière polymère cellulaire est extrudée sur le fil métallique 15 au moyen du procédé ou de l'appareillage objet de la présente invention» Il est bien entendu que le terme "fil métallique" tel qu'ai l'utilise dans la présente description englobe à la fois un fil métallique nu ou un ensemble de fils métalliques nus et un fil métallique ou un assemblage de fils métalliques comportant une couche de 20 revêtement en matière polymère» On comprendra mieux l'invention par la description que -l'on-va en donner à titre d'exemple et que l'on a faite en se référant au dessin annexé d'un mode de réalisation préféré de l'appareil et-d'uST procédé d'extrusion utilisant l'appareillage pour.extruder une cou-25 che de polythène cellulaire sur un fil métallique avançant dahs le . sens de sa longueurQ Sur ce dessin s la figure 1 est une vue en plan schématique de la disposition d'une installation destinée à. être utilisée pour l'extrusion d'une 30 couche de polythène cellulaire sur un fil métalliquef installation qui comporte l'appareillage conforme à l'a présente invention; la figure 2 est une élévation de profil fragmentaire et schématique de l'appareillage en regardant dans le sens de la flèche A sur la figure 1; 35 la figure 3 est une vue en coupe illustrant le raccordement entre les cylindres des deux extrudeuses de l'appareillage; enfin, la figure 4 est une vue de profil fragmentaire, schématique, partiellement en coupe et partiellement en élévation du cy 70 22306 5 2046857 lindre de la seconde extrudeuse de l'appareillage recevant la forme de vis préféréeo En se référant aux figures 1 à 3, on voit que l'installation comporte une unité débitrice 1 de laquelle le fil métallique V .est 5 tiré par un dispositif 2 de chauffage préalable du fil métallique pour être amené à la filière 3 de la tête transversale de la seconde des deux machines à extruder 11 et 12 à vis? constituant l'appareillage conforme à la présente invention, où une couche de polythène cellulaire est appliquée au fil métallique» En sortant de la 10 filière 3, le fil métallique recouvert de polythène cellulaire traverse un bac de refroidissement 4, ou autre dispositif de refroidissement, destiné à refroidir la couche extrudée de polythène cellulaire et, à partir du bac de refroidissement, le fil métallique recouvert passe par, ou à travers, plusieurs instruments de contrô-15 le de la qualité, désignés dans leur ensemble par 5 et comportant, par exemple, un dispositif de contrôle de la capacitance, un dispositif de contrôle du diamètre, un indicateur d'excentricité et un détecteur de défaut d'isolement aux tensions élevées. Après son passage à travers les instruments 5 de contrôle de la qualité, le 20 fil métallique revêtu est enroulé sur un tambour d'envidage ou bien est enroulé dans un récipiento Les deux machines d'extrusion 11 et 12 à vis constituant l'appareillage objet de la présente invention sont entraînées de façon indépendante par des unités motrices 15 et 16„ La première machine 25 11 est une extrudeuse classique de polythène dont la vis 13--a un rapport L/D (où L est la longueur de la vis et D est le diamètre externe du filet de vis) de 20s1„ Le rôle de la première machine 11 est de faire fondre et de mélanger le polymère et de le refouler à. une température contrôlée dans la seconde machine 12 qui est dispor 30 sée à 908 par rapport à la première machine et dans laquelle le gaz est injecté dans le polymère. La dilatation du cylindre 17 de la première machine 11 sous l'action de la dilatation thermique est rendue possible en-permettant le déplacement de la première machine entière par rapport à 35 la seconde machine 12» Comme on le voit en se référant à la figure 2, l'aménagement permettant un tel déplacement est rendu possible en fixant rigidement l'extrémité de sortie du cylindre 17, au moyen d'un support de fixation 19, à une plaque de base 20 fixée à demeu 70 22306 6 2046857 re et destinée aux deux machines, et en permettant au corps de la machine 11 de se déplacer sur des manchons coulissants 21 dans une direction l'écartant du support de fixation» A l'extrémité de sortie du cylindre 17 de la première machine 5 11, la matière polymère fondue passe à travers une. "pseudo-tête" 23 contenant une grille 25 et une garniture de tamis (non représentée)» Elle passe alors par un court conduit courbe 22 dans le cylindre 18 de la seconde machine 12 par un passage d'admission 24» Le conduit courbe 22 est assez long pour conférer au conduit une 10 souplesse suffisante pour se prêter à la petite dilatation transversale du cylindre 18 de la seconde machine 12 et à la dilatation axiale de la partie de la première machine 11 entre le support de fixation 19 et le cylindre 18 de la seconde machine, mais pas assez long pour occasionner une accumulation de pression anormale dans 15 la première machinée La vis 14 de la seconde machine 12? qui est représentée sur la figure 4 entourée par des zones d'éléments de chauffage 28, comporte une section d'amenée 30 de longueur suffisante pour permettre un degré élevé de contact de surface gaz/polymère, une courte sec-20 tion de compression 32, suivie d'une section de mesure 34 de longueur suffisante pour permettre d'obtenir un débit constant, exempt d" à-coups s, de polythène fondu» A l'extrémité d'entrée de la vis 14 se trouve un joint d'étanchéité classique (non représenté) pour le gaz» Un conduit d'admission 26 pour le gaz, normalement de l'azote, à 25 injecter dans le cylindre 18 de la seconde machine est espacé en aval du joint d'étanchéité pour le gaz et en amont du passage d'admission 24 de la matière polymère afin d^ssurer que la matière polymère ne reflue pas au-delà du passage d'admission 24 et obstrue éventuellement le passage d'admission du gaz»Laquantité de gaz dissous 30 dans la matière polymère dépend de la pression d'injection» Le gaz reste dissous jusqu^à ce que la pression cesse à la sortie de la filière 3 (figure 1) de la seconde machine 12 une fois que le gaz est libéré et que la dilatation du polymère se produit» La partie 36 de la vis 14, au voisinage du joint d'étanchéité 35 pour le gaz a un diamètre approchant celui de l'alésagedu cylindre 18 et comporte dans sa surface une gorge étroite 38 en hélice dont la configuration des filets est inversée entre ses extrémités pour empêcher l'huile lubrifiant le joint d'étanchéité pour le gaz de 70 22306 7 2046857 se frayer un passage le long du cylindre» La gorge 38 en hélice présente également un trajet s'opposant fortement au passage de toute matière polymère qui peut accidentellement remonter au-delà du conduit d'admission 26 du gaz» 5 Lors du fonctionnement, la vitesse de la vis 14 de la seconde machine 12 est réglée au débit requis du polythène fondu et après cela n8est pas modifiée» Pour mesurer les conditions de pression régnant dans le cylindre 18 de la seconde machine 12 au moins deux transducteurs de pres-10 sion sont placés dans la paroi du cylindre en des endroits espaeés le long de sa longueur» Pour des conditions de fonctionnement normales, un premier transducteur de pression 41 est placé dans la zone d'injection du gaz approximativement à mi-distance entre le passage d'admission 24 de la matière polymère fondue et la section 15 de compression 32 de la vis 14 et un second transducteur de pression 42 est placé en. aval de la section de compression 32 approximativement au tiers du trajet s'étendant le long de la zone d'extrusion» Un troisième transducteur de pression 43 peut être placé dans le cylindre 18 au voisinage ou en aval dé la section de com-20 pression 32 et, si on le désire, des transducteurs de pression supplémentaires 44 et 45 peuvent être placés entre chacun des transducteurs de pression 41 et 42 ét la section de compressions Dans des conditions de fonctionnement normales, la zone d'injection du gaz de la vis 14 de la seconde machine fonctionne par-25 tiellement pleine et cette condition est maintenue par le premier transducteur de pression 41 qui indique la pression régnant dans la zone d'injection du gaz» La vitesse de la vis 13 de la première machine 11 est réglée à la demande pour assurer que cette condition existe toujours» La zone d'extrusion de la vis 14 doit être sensi-• 30 blement remplie complètement de matière polymère et cette condition est indiquée lorsque le second transducteur de pression 42 indique que la pression régnant dans la zone d'extrusion dépasse dans une mesure appréciable la pression régnant dans la zone.d'injection du gaz» A titre d'exemple le rapport de la pression régnant dans la 35 zone d'injection du gaz à la pression régnant dans la zone d'extrusion peut être compris dans la gamme de 1s6 à 1s8» La vitesse de la vis 13 de la première machine est également réglée à la demande pour assurer que cette condition existe toujours» 70 22306 8 Dans une variante, le débit de la première machine 11 peut être contrôlé eu égard aux lectures de pressions maximum et minimum du transducteur 43 placé au voisinage ou en aval de la section de compression 32o 5 Comme on l°a mentionné précédemment on peut utiliser plus de deux transducteurs de pression et on peut utiliser des dispositifs de détection autres que des transducteurs de pression pour mesurer une condition ou les conditions régnant dans le cylindre 14 de la seconde machine et un certain nombre de tels dispositifs peuvent -10 être répartis le long du cylindre à 15endroit de ou près de la position de transition désirée. 7Q 22306 9 20468S7 REVENDICATIONS 1o Procédé d8extrusion pour la production de matière polymère cellulaire qui consiste à amener la matière polymère sous pression, à l5état visqueux ou fluide, à une machine d'extrusion à vis com-5 portant une zone d'injection du gaz, dans laquelle la matière polymère est soumise à un gaz sous pression, suivie d'une zone d°extru-sion à partir de laquelle elle est extrudée à travers une filière, ce procédé étant caractérisé par le fait que Ieemplacement dans le cylindre de la machine d'extrusion de la transition entre la partie 10 qui est partiellement remplie par la matière polymère et la partie qui est pratiquement remplie entièrement par la matière polymère est déterminé par la mesure d°une condition ou des conditions régnant dans le cylindre de 1"extrudeuse et que la relation entre la vitesse dtamenée de la matière polymère dans l'extrudeuse et la vi-15 tesse de lcextrudeuse est contrôlée pour stabiliser la position de la transition en fonction de cette mesure» 2o Procédé d'extrusion conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que la transition précitée est déterminée par la mesure de la pression du gaz et/ou de la matière polymère en un 20 point ou en des points situés dans le cylindre de l'extrudeuse à l'endroit ou près de l'endroit désiré de la transition., 3° Procédé d'extrusion conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la relation précitée est contrôlée par le contrôle de l5amenée de la matière polymère à 25 11extrudeuse„ 40 Procédé d'extrusion conforme à l'une quelconque des revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la matière polymère est amenée dans la machine d'extrusion à partir d8une autre machine d'extrusion à vis. 30 5o Procédé d'extrusion conforme à la revendication 4, caracté risé par le fait que la relation est contrôlée par le réglage de la vitesse de la vis de l'autre machine d°extrusion en fonction de la condition ou des conditions mesurées» 6= Appareil destiné à être utilisé pour la production de ma-35 tière polymère cellulaire au moyen du procédé d°extrusion conforme à lfîune quelconque des revendications 1 à 5, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comporte ; deux machines d'extrusion à vis entraînées séparément; un dispositif pour amener la matière 70 22306 10 2046857 polymère, à l'état visqueux ou fluide, de l'extrémité de sortie de la première des machines à l'extrémité d'entrée de l'autre ou seconde machine; un dispositif pour envoyer du gaz sous pression à l'extrémité d'entrée de la seconde machine; un dispositif d'étan-5 chéité à 1®extrémité d'entrée de la vis de la seconde machine pour empêcher pratiquement la perte de gaz et de matière polymère; un dispositif pour mesurer une condition ou des conditions régnant dans le cylindre de la seconde machine à l'endroit de ou près de 1®endroit de la transition entre une zone d'injection du gaz et 10 une zone d'extrusion; enfin,, un dispositif pour contrôler la vitesse de la première machine en fonction de lacondition ou des conditions précitées» 7° Appareil conforme à la revendication 6, caractérisé par le fait que la première machine est montée de manière que 1®extrémité 15 de sortie de son cylindre ou d'un prolongement de ce dernier soit fixée à l'extrémité d'entrée de la seconde machine et que le reste de son cylindre soit monté de telle Sorte qu'il puisse se déplacer sous l'action de la dilatation thermique pour se rapprocher et s'éloigner de la seconde machine» 20 8» Appareil conforme à la revendication 79 caractérisé par le fait que 18 extrémité d®entrée du cylindre de la première machine est montée sur des manchons coulissants supportés sur le bâti sur lequel la seconde machine est montée et auquel l'extrémité de sortie de la première machine est fixée» 25 9» Appareil conforme à la revendication 7? caractérisé par le fait que l'extrémité d'entrée du cylindre de la première machine est montée sur un chariot déplaçable le long d'un organe de guidage. 10» Appareil conforme à n'importe laquelle des revendications 6 à 9j caractérisé par le fait que les cylindres de la première et 30 de la seconde machine sont reliés entre eux au moyen d'un raccord constitué par un conduit courbe qui est de longueur suffisante pour être assez flexible pour permettre la dilatation dans lui-même et dans toutes les parties de chacun des cylindres qui sont libres de se dilater en direction de l'autre cylindre mais qui est suffisam-35 ment court pour empêcher une accumulation de pression excessive à l'intérieur de lui-même ou à l'intérieur de la première machine» 11 « Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 6 ou 79 caractérisé par le fait que l9extrémité dé sortie du cylindre 70 22306 n 2046857 de la première machine est accouplée rigidement à l'extrémité d'entrée du cylindre de la seconde machine et que les extrémités de sortie des cylindres des deux machines sont montées sur des manchons coulissants ou sur des chariots déplaçables le long d'organes de 5 guidage„, 12. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé par le fait que les axes des vis des deux machines font sensiblement un angle droit l'une par rapport à l'autre. 13. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 6 10 à 12, caractérisé par le fait que le dispositif servant à mesurer la condition régnant dans le cylindre de la seconde machine à l'endroit de 'ou près de l'endroit de la transition entre la zone d'injection du gaz et la zone d'extrusion est constitué par un transducteur de pression ou par des transducteurs de pressions 15 14. Appareil conforme à la revendication 13, caractérisé par le fait qu'on prévoit au moins deux transducteurs de pression, un transducteur de pression au moins étant placé dans la zone d'injection du gaz près de la transition entre la zone d'injection du gaz et la zone dsextrusion et un transducteur de pression au moins 20 étant placé dans la zone d'extrusion près de ladite transition. 15. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé par le fait que le dispositif servant à mesurer les conditions régnant dans le cylindre de la seconde machine à l'endroit de ou près de l'endroit de la transition entre la zone 25 d'injection du gaz et la zone d'extrusion consiste en un dispositif de détection ou en des dispositifs de détection basés sur les ultrasons ou sur l'utilisation de radio~isotopes ou de sources de rayons-X ou sur la mesure de la conductibilité thermique ou de la tension électrique ou de la capacitance. '30 16. Procédé consistant à faire avancer un fil métallique dans le sens de sa longueur avec une couche de matière polymère cellulaire et caractérisé par le fait que la couche de matière polymère cellulaire est extrudée sur le fil métallique au moyen du procédé ou de l'appareil conforme à n'importe laquelle des revendications 35 précédentes. 17. Matière polymère cellulaire caractérisée par le fait que la matière est obtenue par le procédé d'extrusion conforme à n'importe laquelle des revendications 1 à 5. 70 22306 12 2046857 18„ Fil métallique comportant une couche de matière polymère cellulairef caractérisé par le fait que la couche est extrudée sur le fil métallique au moyen du procédé d'extrusion conforme à n'importe laquelle des revendications 1 à 5»