Brevet FR2134549A1 — publié le 19721208

i 2134549 La présente invention se rapporte à un procédé et à une extrudeuse en cascade pour la transformation et le dégazage de matières thermoplastiques pulvérulentes dans lequel la matière pulvérulents est comprimée dans un premier étage, transportée dans 5 une chamfo^ à vide où elle est dégazée pour être ensuite plastifiée et mélangée dans un deuxième étage dsoù elle est évacuée sous pression. D'après le brevet R.F.A. n° 1 554 920, il est connu de transformer et de dégazer des matières thermoplastiques pulvéru-10 lentes dans une extrudeuse du type à cascade. L®extrudeuse en cascade connue est constituée par une première extrudeuse avec trémie de chargement servant de dispositif de transport et par une deuxième extrudeuse servant de dispositif de fusion avec, intercalée entre ces deux extrudeuses, une chambre à vide fermée de façon her-15 métique. Cette chambre à vide comporte une valve à la sortie de la première extrudeuse ainsi qu'un dispositif de mise sous vide. Selon le procédé connu, la matière pulvérulente est d1 abord transportée et comprimée dans le premier étage à 1*encontre de la force antagoniste exercée par la valve. La matière pulvérulente, 20 qui est alors comprimée, passe par la sortie de la première extrudeuse et arrive, par la valve ouverte, dans la chambre à. vide où elle est débarrassée de l'air, de l'humidité et de tous ses autres constituants volatils. Dans l'étage consécutif faisant suite à la chambre à vide, la matière pulvérulente dégazée est alors fondue, 25 plastifiée, mélangée et évacuée sous pression. Le premier étage de 1'extrudeuse ©onnue est relativement de faibles dimensions ets conformément à sa fonction, il ne constitue qu'un simple dispositif de transport non chauffé» Par conséquent, seule intervient la chaleur dégagée par le frottement entre la vis 30 sans fin et son fourreau. On ne peut néanmoins pas éviter que, par suite de la compression s3accompagnant d'un dégagement de chaleur supplémentaire, la matière pulvérulente forme de petits grumeaux qui, à leur tour, perturbent le fonctionnement de la valve. Il en résulte des différences dans la quantité de matière et la pression qui af-35 fectent le processus de dégazage et les particules de grandeurs inégales provoquent des variations dans l'alimentation et la pression de 1'extrudeuse du deuxième étage. Sur la valve, il peut, en outre, se déposer des restes de poudre ainsi que de la poussière qui se décomposent sous l'effet d® la température régnant à la 40 sortie de 19extrudeuse et de la température de la vapeur. 72 14866 2134549 Four pallier ces inconvénients» il est souvent nécessaire d'installer un dispositif réglant la valve en fonction de la pression et dont la structure et le mode de fonctionnement sont assez compliqués. Comme, par ailleurs, la matière dégazée se présente 5 essentiellement sous une forme pulvérulente, le deuxième étage, pour le pompage, le transport et également la fusion de la matière, est, de préférence, réalisé sous la forme d'une extrudeuse à 2 vis. L'alimentation et le pompage des matières plastiques pulvérulentes s'accompagnent toujours de difficultés considérables quel que soit 10 le type de 1'extrudeuse utilisée. Les extrudeuses à 2 vis pour le façonnage des matières thermoplastiques pulvérulentes, avec ou seins dispositif de dégazage, sont en soi connues. Ces extrudeuses à 2 vis en plus qu'elles présentent une faible sécurité de fonctionnement et s'assortissent de 15 frais d'installation importants donnent des matériaux de qualité médiocre, étant donné que, du fait de la technique utilisée, l'air et les ingrédients humides ne peuvent pas être suffisamment éliminés de la masse fondue. L'objet de l'invention est de traiter la matière dès le 20 premier étage en vue de lui faire subir un façonnage tel qu'à l'extrémité de cet étage elle présente une température se situant en dessous de la température de fusion et grâce à laquelle elle gagne la chambre sous vide sous une forme de nature à assurer, d'une part, un dégazage intensif et parfait et, d'autre part, une entrée 25 aussi régulière que possible dans le deuxième étage. On obtient ainsi un façonnage moins brutal risquant le moins possible d'endommager la masse fondue, ainsi qu'une amélioration du débit par unité de temps bien que la puissance mécanique soit plus faible que celle des dispositifs connus. 2q Ce résultat est atteint, selon l'invention par le fait que la matière est agglomérée dans 1'extrudeuse du premier étage et que c'est à l'état gélifié et à une température se situant entre le point de ramollissement et le point de fusion qu'elle est fractionnée à l'extrémité du premier étage et que c'est donc sous la 35 forme de grains, de grumeaux ou de flocons poreux presque réguliers, qu'elle est transférée dans la chambre à vide où elle est dégazée par mise sous vide à une température se situant également entre le point de ramollissement et le point de fusion et que, pour finir, c'est sous cette même forme obtenue par fractionnement, qu'elle^©st 40 pompée dans 1'extrudeuse du deuxième étage où elle est fonduet 72 14866 2134549 plastifiée; mélangé©;, homogénéisé® et expulsé©,, sous pression. Grâce à ces différentes opérations, on fabrique en continu un matériau intermédiaire granuleux, grumeleux ou floconneux de forme quasi régulière qui est facile à dégazer et à pomper 5 dans l'extrudeusa du deuxième étage. Cela permet, en outre» de réduire le produit température/terni:s dans le deuxième étage. Du fait de jètie réduction du produit température/temps» le matériau fini ne subit pratiquement ausun dommage et l'on obtient, par conséquent, grâse également au dégazage préalable, un matériau de haute 10 qualité. Le procédé selon l'invention est avantageusement utilisé avec un mélange sec de PVC. Pour cette matière thermoplastique, la température de l'aggloméré se situe avantageusement entre 30°C et 80°C, de préférence 40°C et 60°C, en dessous de la température 15 de fusion. En pareil cas, il est, en outre, préférable pour le façonnage de ce mélange sec de PVC que l'agglomérat se présente sous la forme de grains, de grumeaux ou de flocons poreux et soit dégazé en 5 à 60 geeondes, de préférence 20 à 30 secondes, dans la chambre sous vide pour être ensuite soumis aux autres opérations 20 de façonnage. Cette forme de grains, de grumeaux ou de flocons peut être obtenue en fractionnant mécaniquement une ou plusieurs veines d'agglomérats sortant sous pression du premier étage. Le procédé selon l'invention est également avantageux 25 du fait que l'état de l'aggloméré peut être déterminé à volonté et à l'avance, que le dégazage est extrêmement efficace, que le matériau intermédiaire fractionné est poreux et de grande surface et, par conséquent, se prête au dégazage et qu'enfin la forme de ce produit intermédiaire assure la régularité de l'alimentation dans 30 1'extrudeuse du deuxième étage. Le dégazage intensif permet, par ailleurs, d'améliorer la qualité par rapport aux anciens procédés connus. Il se produit une fusion douee et progressive à des températures et des contre~pressions relativement faibles, qui permettent d'obtenir un débit élevé par unité de temps avec effet de 35 cisaillement relativement minime. L1extrudeuse en cascade avec ehambre à vide intermédiaire pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est essentiellement constituée par une première extrudeuse formant le premier étage dont la vis sans fin individuelle a une longueur 40 active égale à 6-12 diamètres et dont la sorti® comporte deux 72 14866 4 2134549 systèmes de saillies disposés eâte à côte dans le sens axial et mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre, par une chambre à vide connue intercalée entre les deux étages, et par une deuxième extrudeuse formant le deuxième étage dont la vis sans fin indi-5 viduelle a une longueur active égale à 10«=14 diamètres. Le premier système de saillies fait, de préférence, partie intégrante de la vis sans fin, en particulier de la pointe de la vis, tandis que le deuxième système est solidaire du fourreau. Ces saillies peuvent se présenter sous la forme de bossages, de 10 pointeaux» d'ailettes ou autres moyens similaires. Le premier système a pour objet de constituer des passages pour l'agglomérat et l'autre système de le diviser. Grâce à la combinaison de ces deux systèmes on réalise un dispositif éminemment simple et efficace produisant une ou plusieurs veines d'agglomérats qui sont ensuite 15 séparées de façon appropriée. L'interaction de ces caractéristiques de 1'extrudeuse en cascade, permet de réduire les temps de séjour et d'obtenir des vitesses de rotation élevées pour de faibles puissances mécaniques et favorise en même temps le dégazage attendu qu'il ne se forme 20 aucun espace mort et que le dégazage est facilité du fait que le produit intermédiaire se présentant sous la forme de grains, de grumeaux ou de flocons a une grande surface et permet en outre de déterminer à l'avance l'état de la matière. - - Dans un mode de réalisation préféré, la pointe de la 25 vis du premier étage se présente sous la forme d'une tête d'un diamètre extérieur égal à 1, diamètre à l'intérieur de laquelle les saillies constituent des rainures longitudinales réparties sur la périphérie. Au droit de la surface frontale de la tête de la vis, le fourreau comporte des séparateurs disposés radiale— 30 ment, en particulier des couteaux ou des pointeaux répartis sur la périphérie. Dans une variante de ce mode de réalisation, c'est la pointe de la vis du premier étage qui comporte ces séparateurs alors que les moyens destinés à former les passages pour l'agglomérat, 35 sont placés»en amont, sur le fourreau de la vis. Ces moyens peuvent être constitués par une grille ou par une série d'ailettes ou de bossages individuels. Que ce soit l'un ou l'autre de ces modes de réalisa» t-ion, la conformation et la disposition de ces séparateurs et des 40 passages pour les veines d'agglomérats permettent de produire de 72 14866 2134549 façon extrêmement simple des grains, des grumeaux ou des flocons poreux de forme relativement régulière. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais "non limitatif, 5 et illustré par le dessin annexé, sur lequel* la figure 1 est une coupe longitudinale d'une extrudeuse en cascade avec chambre à vide; les figures 2 et 3 sont, respectivement, une coupe longitudinale et une vue de face représentant la pointe de la vis ainsi 10 qu'un détail du dispositif de séparation placé à la sortie de 1'extrudeuse formant le premier étagep les figures 4 et 5 sont respectivement une coupe longitudinale et une vue de fatse représentant la pointe de la vis ainsi qu'un détail d'un mode de réalisation en variante du dispositif 15 de séparation. L'extrudeuse en cascade selon la figure 1 consiste essentiellement en une première extrudeuse 1 chauffée, aine chambre à vide 2 et une deuxième extrudeuse 3 également chauffée. Par la trémie de chargement 4 on verse une matière thermoplastique pulvé-20 rulente ou un mélange pulvérulent. La vis sans fin 5 est de type conventionnel et comporte (non représentées) une zone d'alimentation, une zone de transformation et une zone de sortie. A la sortie 1' essentiellement ouverte de 1'extrudeuse 1 est raccordée une chambre à vide 2 relativement longue et de préférence disposée 25 verticalement. La conduite de mise sous vide est désignée par la référence 8a et la pompe à vide par la référence 8b. La chambre à vide 2 en forme de puits est reliée à une entrée 10, également en forme de puits, de 1'extrudeuse 3. La vis sans fin 11 de cette extrudeuse est également de type convention-30 nel et comporte (non représentées) une zone d'alimentation, une zone de fusion et une zone de sortie. Les systèmes d'entraînement de ces deux extrudeuses sont désignés par les références 12 et 13. A la sortie 1* de 1'extrudeuse 1 sont placés deux systèmes de saillies. Les espaces intermédiaires libres entre ces saillies 7 35 du premier système constituent des passages destinés à produire des veines d'agglomérats. Les saillies 9 du deuxième système constituent un dispositif destiné à séparer ces veines d'agglomérats. La disposition axiale et le mouvement de rotation relatif de ces deux systèmes divisent l'agglomérat en grumeaux, flocons, 40 etc. de forme régulière ou presque qui passent dans la chambre à. 72 14866 2134549 vide immédiatement après avoir subi cette séparation. Dans cette chambre à vide,, l'agglomérat est activement dégagé puis aspiré par 1'extrudeuse du deuxième étage, La pointe 6 de la vis selon les figures 2 et 3, du fait 5 des saillies 7 en forme d'ailett® qu'elle comporte a la forme d'une têts rainurée d'un diamètre extérieur égal à 1 diamètre. Les passages pour l'agglomérat sont constitués par des rainures longitudinales 14 réparties sur la périphérie. Immédiatement devant la surface frontale/Ta pointe 6 de la vis se trouve un 10 dispositif de séparation 9 formé par une série de couteaux ou de pointeaux 15 disposés radialement sur la périphérie du fourreau dont ils sont solidaires. La pointe de la vis sans fin selon les figures 4 et 5 se présente sous la forme d'un tourillon 16 portant une série de cou-15 teaux ou de pointeaux 17 disposés radialement sur la périphérie. Entre ces moyens de séparation et la vis sans fin 5 se trouve une grille 18 solidaire de l'enveloppe et comportant des passages 19. A la place de cette grille on peut également prévoir une série de bossages^ de pointeaux ou autres éléments similaires fixes 20 répartis sur la périphérie et dont les espaces intermédiaires libres constituent les passages pour l'agglomérat. Exemples La matière constituée, par exemple, par un mélange sec de PVC ou autre matière brute, est agglomérée dans le premier étage 25 chauffé. A la sortie de ce premier étage, les veines d'agglomérat qui se sont formées sont séparées en grumeaux ou en flocons. La température de la matière à l'endroit où s'opère cette séparation est de 140°C. La matière ainsi floconneuse ou grumeleuse est ensuite dégazée dans la chambre à vide pendant un temps de séjour d'environ 30 30 secondes pendant lesquelles les substances volatiles indésirables, mais non les lubrifiants, les gélifiants et les stabilisants bouillant à une température plus élevée, sont éliminées par suite de la température de la matière relativement basse de 140°C et du vide d'environ 50 mm Hg. La matière dégazée est alors reprise 35 par 1'extrudeuse du deuxième étage, plastifiée, puis évacuée sous pression. Les diamètres des vis sans fin des deux étages sont de 60 mmy la longueur active de la vis sans fin du premier étage est égale à 10 diamètres et celle de la deuxième vis à 12 diamètres* Le débit est de 85 kg. par heure. 72 14866 2134549 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la transformation et le dégazage de matières thermoplastiques pulvérulentes en vue de sa fusion consistant à amener la poudre ou le mélange pulvérulent à un premier étage 5 d'une extrudeuse en cascade, où elle est comprimée puis transférée dans une chambre à vide où elle est dégazée et renvoyée à un deuxième étage de l'extrudeuse en cascade, où elle est plastifiée, mélangée et évacuée sous pression, caractérisé par le fait qu'on agglomère la matière dans l'extrudeuse du premier étage et que c'est 10 à l'état gélifié et à une température se situant entre le point de ramollissement et le point de fusion qu'on la fractionne à l'extrémité du premier étage et que c'est donc sous la forme de grainst de flocons ou de grumeaux poreux à peu près réguliers qu'on la transfère à la chambre à vide où on la dégaze par mise sous vide à une 15 température se situant également entre le point de ramollissement et le point de fusion^ et que, pour finir, c'est sous cette même forme, obtenue par fractionnement, qu'on la pompe dans l'extrudeuse du deuxième étage où elle est fondue» plastifiée, mélangée, homogénéisée et évacuée sous pression., 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue 1'agglomérisation à une température se situant entre 30 et 80°C, de préférence 40 à 60°C en dessous de la température de fusion de la matière. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé 25 par le fait que l'on effectue le dégazage pendant un temps de séjour de 5 à 60 secondes, de préférence 20 à 30 secondes, dans la chambre à vide. 4. Extrudeuse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, constituée par une extru- 30 deuse en cascade avec chambre à vide intercalée entre deux étages, caractérisée pars a) Une extrudeuse formant le premier étage dont la vis sans fin individuelle a une longueur active égale à 6-12 diamètres et dont la sortie comporte deux systèmes de saillies disposés 35 côte à côte dans le sens axial et mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre; b) Une chambre à vide de type connu raccordée à un dispositif de mise sous vides c) Une deuxième extrudeuse formant le deuxième étage dont la vis 40 sans fin individuelle a une longueur active égale à 10-14 72 14866 2134549 diamètres» 5* Extrudeuse selon la revendication 4 caractérisée par le fait que la pointe de la vis se présente sous la forme d'une tête d'un diamètre égal à 1 diamètres que les rainures longitudi-5 nales réparties sur la périphérie sont formées par des saillies et que dans la zone située en amont de la surface frontale de la tête sont prévus des moyens de séparation disposés radialement et solidaires du fourreau, en particulier des couteaux ou des pointeaux disposés sur la périphérie. 10 6. Extrudeuse selon la revendication 4 caractérisée par le fait que la pointe de la vis se présente sous la forme d'un tourillon portant les moyens de séparation et qu'un moyen solidaire du fourreau et formant les passages, par exemple une plaque perforée, est placé axialement entre les moyens de séparation et la vis sans 15 fin. 7. Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisée par le fait que l'extrudeuse formant le deuxième étage comporte une double vis.