Brevet FR2128417A1 — publié le 19721020

«i la présente invention concerne m dispositif de plastification et d'homogénéisation de masses visqueuses, en particulier de matières synthétiques et de caoutchouc, dispositif dans lequel la matière est traitée entre un cylindre 5 rotatif et une enveloppe qui entoure partiellement ce cylindre vis-à-vis duquel elle est fixe, cette enveloppe comportant, sur sa face intérieure tournée vers le cylindre, plusieurs rainures de mélange disposées l'une derrière l'autre dans le sens de déplacement de la matière et reliées par des fentes \ 10 ou des canaux de cisaillement. x On connaît une série de procédés et de machines en vue de plastifier des matières synthétiques et du caoutchouc en les transformant en articles plats, c'est-à-dire en feuilles ou en plaques. Dans des boudineuses, la matière contenue dans 15 le cylindre est plastifiée à l'aide de vis sans fin rotatives, puis elle est amenée dans une filière à large fente et expulsée à la largeur et lrépaisseur désirées. In procédant de la sorte, on rencontre de sensibles difficultés pour obtenir un flux régulier de matière depuis l'extrémité de la vis sans fin jus-20 qu'aux orifices de sortie qui en sont très différemment éloignés, donnant ainsi lieu à une durée d'exposition irrégulière de la matière à la chaleur, à des changements de viscosité et à des différences de qualité sur la largeur de la bande ou de la feuille formée. 25 Une matière relativement sensible, principalement le chlorure de polyvinyle, est traitée sur des calandres à plusieurs cylindres. Toutefois, ces calandres sont très coûteuses et très encombrantes. On connaît également des boudineuses à cylindre dans lesquelles un seul cylindre tourne dans 30 un logement cylindrique tandis que, sous une accumulation de pression et avec un effet de cisaillement, la masse à plastifier circule à travers l'espace annulaire formé entre le cylindre et le logement. Toutefois, l'inconvénient de ce système réside dans les parcours d'écoulement longs et étroits 35 donnant aisément lieu à une surchauffe de la matière et, en même temps, à un mélange insuffisant. En outre, en vue de plastifier la matière première et l'élargir en une feuille brute, on connaît déjà des dispo 06870 2 2128417 sitifs comportant un cylindre rotatif auquel on adapte une ou plusieurs enveloppes avec un espace cunéiforme (Brevets Allemands 1.256.401 et 1.191.547). Un dispositif du type décrit dans le Brevet Allemand 1.912.779 permet de charger la matière première sur toute la largeur du cylindre tandis que, pendant moins d'une rotation de ce cylindre, la matière brute circule tangentiellement à la surface du cylindre en passant par plu- ■ sieurs fentes cunéiformes disposées successivement dans le sens de rotation du cylindre, ou dans des rainures de mélange pratiquées dans une enveloppe et comportant des fentes cunéiformes de sortie relativement étroites. Un dispositif analogue est décrit dans la Demande de Brevet Allemand publiée 1.629.288. Tous ces systèmes à fentes cunéiformes présentent de sensibles inconvénients provenant du guidage et du traitement incomplets et irréguliers de la matière. Dans une première fente d'un dispositif de ce type, la matière est chargée entre le cylindre rotatif et l'enveloppe à fentes cunéiformes. Dans ce cas, la matière s'accumule sur le cylindre d'où elle est chassée dans la partie étroite de la fente ; il se crée alors une zone de cisaillement entre le cylindre rotatif et la paroi de l'enveloppe qui reste fixe. Une partie de la matière adhère au cylindre et cette matière est, dès lors, trans-' portée à la vitesse de ce dernier. Toutefois, la matière voisine de l'enveloppe vient adhérer à cette dernière et, par conséquent, dans un cas extrême, elle reste fixe ou, en tout cas, elle ne glisse que très lentement sur l'enveloppe. Même lorsque la matière passe par la fente cunéiforme suivante et ainsi de suite, il ne se produit aucune modification dans cette stratification ; la matière proche du cylindre continue à adhérer à ce dernier et passe ainsi par toutes les fentes, tandis que la matière située du côté de l'enveloppe vient, pour une faible part, se mélanger au courant périphérique qui entoure largement chaque fente cunéiforme. Dans ce cas, la matière en circulation reste essentiellement sur place jusqu'à ce que, par hasard, suite à des manques d'homogénéité dans l'écoulement, elle soit entraînée dans la fente étroite et ainsi transportée plus loin. 72 06870 3 2128417 Par suite de cet écoulement en deux couches, il se forme une très large zone d'exposition : les particules adhérant au cylindre sont essentiellement transportées à la vitesse de ce dernier et, par conséquent, aux vitesses périphériques 5 que l'on adopte habituellement dans la pratique pour les cylin dres, ces particules sortent de la zone de traitement après quelques secondes, si bien que leur traitement est de très courte durée et insuffisant, les particules situées près de l'enveloppe et qui sont introduites dans 1'écoulement périphé- \ 10 rique autour des fentes cunéiformes, y circulent pendant une très longue période (de l'ordre de 5 à 10 minutes) jusqu'à ce qu'elles soient à nouveau remplacées, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'elles soient amenées à proximité du cylindre et entraînées plus Mn. Les conséquences de ces fortes différences dans les 15 durées d'exposition sont les suivantes : - une stratification de la matière, étant donné qu'il se forme une mince couche tournant très rapidement sur une couche circulant beaucoup plus lentement, d'où le risque d'une déstratification et d'une coloration différente; 20 - une durée d'exposition éventuellement trop longue au centre de l'écoulement périphérique, ce qui, dans le cas de matières sensibles, peut donner lieu à une décomposition thermique et à une combustion; - des frais élevés pour la matière brute lors de l'addi- 25 tion de fortes quantités de stabilisants; - des pertes plus élevées lors du remplacement de la matière, étant donné que l'ancienne matière continue encore à circuler pendant une longue période; - un mélange insuffisant de la matière proche du cylindre. 30 La présente invention a pour objet d'éviter les incon vénients précités et d'autres inconvénients des dispositifs connus dans lesquels on travaille avec un cylindre, c'est-à-dire d'obtenir, dans un dispositif perfectionné du type précité, une matière homogène traitée uniformément et sans aucune 35 surchauffe locale. A cet effet, suivant l'invention, les rainures de mélange écartées les unes des autres dans le sens périphérique 06870 4 2128417 et pratiquées dans l'enveloppe dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du cylindre, sont disposées axialement ou en oblique par rapport à l'axe du cylindre, tandis que d'étroits canaux de cisaillement reliant les rainures de mélange dans le sens périphérique et essentiellement orientés tangentiellement dans des nervures adjacentes au cylindre" et séparant les rainures de mélange les unes des autres, sont mutuellement déportés d'une rainure à l'autre et forment, avec les rainures de mélange, un réseau de canaux de guidage de matière alternativement plus ou moins tangentiels, puis à nouveau plus ou moins axiaux. En vue d'introduire la matière brute, on prévoit, à l'extrémité d'entrée de l'enveloppe, une surface d'admission cunéiforme dirigée vers le cylindre et qui, en se rapprochant de ce dernier, se subdivise en plusieurs canaux parallèles. Les rainures de mélange peuvent être simplement pratiquées dans le sens axial de l'enveloppe. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les rainures de mélange et de circulation peuvent également être pratiquées en zigzag dans le sens axial de l'enveloppe, les rainures se succédant dans le sens de rotation du cylindre étant décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance égale à la moitié d'une séparation en zigzag si bien que, vu de l'extrémité d'une fente de cisaillement plate, le courant de la masse avance vers la droite et vers la gauche dans une position oblique par rapport au sens périphérique, pour être ensuite à nouveau amené à un canal de cisaillement tangentiel à un point de changement de direction situé à l'avant. Dans certains cas, il est opportun de pratiquer les rainures de mélange dans l'enveloppe en oblique dans une seule direction, c'est-à-dire en forme de filets. Ces rainures se terminent dans la surface de l'enveloppe peu avant l'extrémité de cette dernière. Les rainures de mélange forment, de préférence, des canaux à section transversale semi-circulaire ou des canaux essentiellement rectangulaires avec une forme soigneusement arrondie au fond de chaque rainure et des bords à arête vive 72 06870 5 2128417 à la surface de l'enveloppe. l'angle a entre les bords des rainures et la surface de l'enveloppe est, de préférence, de 90° ou moins. Le nombre de rainures prévues à la périphérie de 5 l'enveloppe peut être choisi arbitrairement,mais il est com pris, de préférence, entre 5 et 15. La section transversale des rainures peut rester uniforme ou, de préférence, aller en diminuant dans le sens de rotation du cylindre. Les canaux de cisaillement pratiqués dans les nervu-10 res séparant les rainures de mélange ont des 'profondeurs comprises entre environ 2 et 0,2 mm ; ces profondeurs diminuent, de préférence, dans le sens périphérique. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, à l'extrémité de l'enveloppe, on prévoit une lèvre d'accumulais tion grâce à laquelle la matière est pressée dans une filière orientée, de préférence, radialement et d'où la matière est ensuite expulsée sous forme d'une feuille ou d'une plaque. En vue de former différents boudins, on peut également pratiquer simplement différentes découpes dans l'enveloppe. 20 Si l'enveloppe entoure beaucoup plus qu'un quart de la périphérie du cylindre, il sera judicieux de la réaliser en deux parties pouvant pivoter sur un axe commun de façon à pouvoir aisément ouvrir l'enveloppe en vue du nettoyage cependant que, lorsqu'elles sont rabattues, ces deux parties forment 25 une surface intérieure parfaitement fermée. Afin de faciliter l'admission de la matière dans la fente de chargement, il est opportun d'y adapter Tin cylindre d'entrée entraîné. Dans ce cas, à l'extrémité d'entrée de l'enveloppe, on prévoit un racloir immédiatement adjacent au 30 cylindre d'entrée et faisant dévier complètement la matière brute dans la fente. En vue d'améliorer davantage la qualité du produit préparé, on peut former, au-dessus du cylindre et de .l'enveloppe, m compartiment fermé dans lequel on peut, faire le vide 35 et dans lequel également la matière brute est introduire par des sas correspondants étanches au vide ou par des boudineuses préalables. 06870 6 2128417 Les avantages offerts par la présente invention résident dans le fait qu'à présent, toute la matière en circulation peut être traitée régulièrement et modérément. Toutes les particules de la matière sont exposées à peu près aux mêmes sollicitations par l'apport d'énergie provenant du cisaillement et du transfert de chaleur dans les étroites fentes tangentielles-de cisaillement, ainsi qu'à un mélange uniforme lors de leur déplacement axial dans les rainures de mélange ; de la sorte, on obtient une très étroite zone d'exposition. Grâce à ce traitement uniforme, on obtient un produit final très homogène présentant les mêmes propriétés sur la largeur et l'épaisseur d'une bande de matière expulsée à la sortie du dispositif. G-râce au mélange intensif, on évite toute stratification. Grâce à la circulation forcée et non fortuite de la matière dans les zones de mélange et de cisaillement, un échange complet de la matière y est assuré en une courte période. De ce fait, on évite le risque d'une accumulation dans des zones mortes, ainsi que d'une trop longue exposition avec danger de combustion. Les pressions créées peuvent être très aisément fixées en adaptant les surfaces de cisaillement des canaux contre le cylindre, c'est-à-dire en adaptant les surfaces de cisaillement parallèlement à la surface du cylindre, ne produisant ainsi qu'un simple écoulement par entraînement, ou en les adaptant d'une manière légèrement cunéiforme, donnant ainsi lieu à des pressions hydrodynamiques beaucoup plus fortes. Etant donné que l'on peut régler des pressions de traitement relativement faibles, on peut monter aisément de très larges machines pour la fabrication de très larges feuilles ou plaques. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-après d'une manière plus détaillée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe transversale d'un exemple de réalisation; la figure 2 est une vue en plan de la face interne de 1'enveloppe; 06870 7 2128417 la figure 3 est une coupe agrandie de la section transversale de l'enveloppe; la figure 4 illustre une variante dans laquelle les rainures sont disposées en zigzag; la figure 5 illustre une variante dans laquelle les rainures sont disposées en oblique d'un seul côté. La figure 1 montre une coupe transversale d'un exemple de réalisation du dispositif de l'invention. Un cylindre 1 chauffé par un liquide, avec de la vapeur ou à l'électricité et entraîné à une vitesse périphérique réglable est entouré partiellement d'une enveloppe 2 également chauffée et à température réglable. Dans la zone d'entrée de l'enveloppe, on prévoit des plaques latérales de délimitation 3» Dans sa zone d'entrée, l'enveloppe elle-même comporte tout d'abord une surface d'admission 4 inclinée par rapport au cylindre et se subdivisant en différents canaux parallèles 5 qui débouchent dans la rainure de mélange 6. Le canal de cisaillement ultérieur 7 est déporté par rapport au plan de la coupe. Des rainures' et des canaux intermédiaires de cisaillement se succèdent de la même manière jusqu'à l'extrémité de l'enveloppe. A l'extrémité de l'enveloppe, on prévoit un porte-filière 8 auquel sont adaptées des lèvres de filière réglables 9 et 10. Sur son côté proche du cylindre, la lèvre de filière 10 supporte un racloir 11. Des canaux 24 prévus dans le cylindre 1 et l'enveloppe 2 servent à guider le milieu chauffant. La distance entre la surface périphérique du cylindre et les nervures non usinées de l'enveloppe est d'environ 0,01 mm ; en fait, elle est calculée de façon à ne pas provoquer une usure par friction entre le cylindre et. l'enveloppe, mais elle est suffisamment réduite pour que la majeure partie de la masse sortant d'un canal de cisaillement précédent soit raclée sur l'arête de raclage opposée 14 d'une rainure de mélange et qu'elle soit introduite ainsi dans le courant de mélange. Ce dispositif fonctionne de la manière suivante : La matière brute 12 est chargée sur toute la largeur du cylindre 1, cette largeur étant délimitée par les plaques 3; 06870 e 2128417 du cylindre 1, la matière est ensuite introduite dans la fente d'admission 13 prévue entre le cylindre et la surface d'entrée 4 de l'enveloppe et, en continuant à circuler dans cette fente, elle se subdivise ensuite en différents courants parallèles dans les canaux, de cisaillement 5. Lors du passage par les canaux 5, une énergie de cisaillement, qui correspond à la hauteur du canal de cisaillement et à la vitesse périphérique du cylindre, est conférée à la matière, provoquant ainsi une élévation de la température et -une division de plus gros granules ou agglomérats. Là matière ainsi traitée arrive alors dans la rainure de mélange 6 dont le dos 14 fait office de bord de raclage raclant la matière chauffée du cylindre en la faisant alors avancer axialement par rapport à ce dernier dans la rainure en un mouvement de mélange hélicoïdal. De la sorte, on obtient -une égalisation de la température et un mélange homogène de toutes les particules. Après avoir effectué un certain déplacement axial, en appliquant à nouveau une énergie de cisaillement et une énergie thermique, la matière est déplacée vers la rainure suivante par le canal ultérieur 7 déporté dans le sens axial. A l'extrémité de l'enveloppe, la matière plastifiée est raclée par le racloir 11 et elle est amenée, radialement par rapport au cylindre 1, dans la fente comprise entre les lèvres 9 et 10, pour être ensuite finalement expulsée sous forme d'une feuille ou d'une plaque 15. La figure 2 montre, par une vue en plan du côté intérieur de l'enveloppe 2, le parcours d'écoulement de la matière dans les évidements pratiqués dans ladite enveloppe et formant un réseau. Le parcours d'écoulement de la matière est indiqué par des flèches. On observe clairement la circulation forcée de la matière 12 dans le système d'étroits canaux de cisaillement 5 s'étendant tangentiellement dans le sens périphérique, puis la division en deux courants axiaux de mélange et de circulation dirigés dans des sens opposés dans les rainures 6, puis à nouveau l'évacuation dans les canaux de cisaillement 7 qui sont déportés axialement par rapport aux canaux de cisaillement 5. 72 06870 9 2128417 La figure 3 montre une coupe agrandie de la section transversale de l'enveloppe suivant la figure 1. Dans cette figure, on constate clairement que toute la matière, c'est-à-dire aussi bien la matière 16 immédiatement adjacente au cylin-5 dre que la matière 17 s'écoulant le long de l'enveloppe, est raclée par le bord de raclage 14 d'une rainure de mélange et de circulation 6, tandis qu'elle avance axialement,. c'est-à-dire perpendiculairement au plan de la figure, en mouvements circulaires de mélange» \ 10 La figure 4 est une vue en plan du "côté intérieur d'une enveloppe dans laquelle les rainures de mélange 6 sont pratiquées non'pas coaxialement, mais en zigzag, chaque rainure suivante étant déportée axialement d'une demi-division en zigzag. La matière 12 est amenée, par les canaux de ci-15 saillement 5, aux rainures 6 où. elle est divisée en deux cou rants 18 et 19 disposés en oblique dans le sens de rotation du cylindre. - La figure 5 montre -une autre possibilité de pratiquer les rainures de mélange. Dans ce cas, on pratique des rainu-20 res de mélange 20 à 23 disposées en oblique dans une seule direction par rapport au cylindre. La matière brute 12 est alors introduite directement dans les rainures. 20 à 23 d'où, elle est transportée par les canaux de cisaillement ultérieurs 7, tout comme dans la forme de réalisation suivant les figures 25 1 à 3, avec apport d'une énergie de cisaillement dans la rai nure suivante (vue dans le sens périphérique). Oes rainures se terminent dans la surface de l'enveloppe, peu avant l'extrémité de cette dernière. La présente invention offre un dispositif simple pour 30 plastifier et homogénéiser des masses visqueuses, en particu lier dans la fabrication de feuilles ou de plaques, ce dispositif permettant d'effectuer un traitement très uniforme et modéré, donnant ainsi des produits très réguliers. 35 06870 10 2128417 REVENDICATIONS 1. Dispositif en vue de plastifier et d'homogénéiser des masses visqueuses, en particulier de matières synthétiques et de caoutchouc, dispositif dans lequel le traitement de la matière a lieu entre un cylindre rotatif et une enveloppe qui entoure partiellement ce cylindre et est fixe par rapport à ce dernier, cette enveloppe comportant, sur sa surface intérieure tournée vers le cylindre, plusieurs rainures de mélange pratiquées l'une derrière l'autre dans le sens de déplacement de la matière, ces rainures étant reliées par des canaux ou des fentes de cisaillement, caractérisé en ce que les rainures de mélange écartées l'une de l'autre dans le sens périphérique et pratiquées dans l'enveloppe dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du cylindre, sont disposées axialement ou en oblique par rapport à l'axe du cylindre et en ce que d'étroits canaux de cisaillement reliant les rainures de mélange dans le sens périphérique et orientés essentiellement tangentiellement dans des nervures adjacentes au cylindre et séparant les rainures de mélange les unes des autres, sont déportés mutuellement d'une rainure à l'autre et forment, avec les rainures de mélange, un réseau de canaux de guidage de matière s'étendant alternativement plus ou moins tangentiellement, puis à nouveau plus ou moins axialement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'entrée de 1'enveloppe, on prévoit une surface d'admission dirigée vers le cylindre en une disposition cunéiforme et qui, en se rapprochant du cylindre, se subdivise en différents canaux parallèles l'un à l'autre et essentiellement orientés tangentiellement. 3« Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les rainures de mélange sont pratiquées axialement dans l'enveloppe. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les rainures de mélange sont pratiquées axialement en zigzag dans l'enveloppe, les 06870 h 2128417 rainures successives (vues dans le sens périphérique) étant chacune déportées axialement d'une demi-division en zigzag. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les rainures de mélange sont pratiquées en oblique dans l'enveloppe suivant une seule direction. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les rainures de mélange sont réalisées sous forme de canaux à sectidn transversale semi-circulaire ou sous forme de canaux essentiellement rectangulaires avec une forme soigneusement arrondie au fond de chaque rainure et des arêtes vives à la surface de l'enveloppe, l'angle entre les côtés des rainures et la surface de l'enveloppe ne dépassant pas 90° 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section transversale des rainures de mélange va en diminuant dans le sens de rotation du cylindre. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les canaux de cisaillement pratiqués dans les nervures entre les rainures ont des profondeurs allant en diminuant d'environ 2 à 0,2 mm dans le sens périphérique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, à l'extrémité de l'enveloppe, est adaptée une filière expulsant radialement la matièra 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée de deux parties pouvant pivoter sur un axe commun et qui, lorsqu'elles sont rabattues, présentent un profil intérieur parfaitement fermé ou plutôt ne présentant aucune ligne de séparation.