Brevet FR2136960A1 — publié le 19721229

ha Présente invention concerne un procédé et une filière pour la transformation d'un flux de matière thermoplastique en feuilles de plus ou moins grande largeur et de faible épaisseur, la matière comportant une forte charge de matière iner-5 te, pulvérulente ou fibreuse. Les profilés, joncs et tuyaux sont couramment extrudés à l'aide de filières, cette mise en oeuvre est très connue et les fabrications sont parfaitement maîtrisées par la technique. Par contre„ il n'en est pas de même pour l'obtention de feuilles tO plates. En ce domaine les procédés connus permettent d'obtenir des feuilles de matière pure ou à des pourcentages de charge relativement faibles. Il existe trois types de feuilles obtenus à partir du 15 procédé d'extrusion, à savoir î - le film, - la feuille mince de l/10e à 30/10© de mm d'épaisseur, - la feuille épaisse au-dessus de 30/10e de mm d'épaisseur. 20 A - LES FILMS - Ils sont obtenus s - soit par extrusion, soufflage avec une filière ronde, - soit à l'aide de filières plates pour la réalisation de complexes à base de papier, tissu ou autre. 25 B- LES EEÏÏTTiT.TCS MINCES - Biles peuvent être obtenues ; - soit à l'aide d'une filière ronde munie d'un couteau qui coupe le tube suivant une génératrice au sortir de la filière lequel tube est développé par un appareil de tirage pour obtenir 30 une feuille plate, - soit par une filière plate. C - IE8 EEUII.LES EPAISSES - Elles sont obtenues par des filières plates. Il est évident que les techniques d'extrusion par fi-35 lières rondes sous forme de tube refendu ne sont pas utilisables pour des produits contenant une forte charge de matière inerte pulvérulente ou fibreuse, car il se produit un étirement de la matière pendant le début de son refroidissement entre la sortie de la filière et le calandrage. Cet étirement est différent selon 40 les génératrices. Or, la matière plastique subit seule 1'étire- 71 16828 - 2 - 2136960 ment, de telle sorte que la charge inerte n'a pas la même concentration à tous les points de la feuille» ce qui présente de nombreux inconvénients pour le produit fini (tension interne, manque de stabilité dimensionnelle, etc...) 5 Pour préoiser l'état actuel des connaissances et l'in térêt de la recherche nous extrayons quelques lignes à un ouvrage technique récent (LUPOEBEf B.A.S.F.) volume I page 43). "... la description exacte du comportement rhéologique du produit en fusion est très importante pour la mise en oeuvre. 10 Hais, c'est précisément l'une des tâches actuelles les plus difficiles de l'étude des hauts polymères. Il ne peut encore être question de la description exacte des phénomènes d'écoulement à l'intérieur d'une boudineuse... même l'étude de l'écoulement du matériau en fusion à travers un 15 orifice cylindrique dans des conditions exactement déterminées n'est possible qu'à l'aide d'un appareillage compliqué et de développements mathématiques considérables. "... les hauts polymères fondus sont tous, sans exception, des liquides "non newtoniens". 20 ce comportement non newtonien des polymères fondus rend très compliquée la description de l'écoulement..." Cet extrait démontre que le travail des hauts polymères est à l'initiative de chaque utilisateur. A la sortie d'une boudineuse le flux de matière se pré-25 sente selon une section circulaire. La transformation en une feuille plate à l'aide d'une filière plate est une opération difficile car la poussée est plias forte au centre de la nappe que sur les bords et elle est généralement plus forte sur un bord que sur l'autre selon le sens de rotation de la vis ou des vis. 30 Pour ces raisons les filières plates sont coûteuses et d'un emploi beaucoup plus délicat que les autres types de filière. L'usage a conduit à la création de deux types de filière plate, à savoir s - les filières plates en "porte-manteau", 35 - les filières plates en "queue de poisson". Ces termes définissant une triangulation plus ou moins accentuée du tracé en plan. Généralement une ou plusieurs "barres de restriction" sont destinées à parfaire le réglage de l'écoulement et pour 40 essayer d'endiguer les "écoulements préférentiels". 71 16828 - 3 - 2136960 Les filières plates classiques sont d'ion emploi délicat» les difficultés s'accroissent pour l'extrusion de matières "chargées" et au-delà d'un pourcentage de charge le travail est impossible. 5 Les filières plates actuelles sont une tentative pour résoudre le problème comme s'il s'agissait d'une simple affaire de circulation d'une masse de consistance pâteuse. Elles ont été conçues sans tenir compte du caractère "non newtonien" de cette masse et de" l'incidence des températures. 10 L'inventeur a compris que cette masse pâteuse à condui re ne devait pas être considérée comme un élément "fixe" ou "sta-. ble". Il s'agit en effet d'une masse dont la fluidité est variable selon sa température, 15 Cette masse entre dans la filière à une température dé terminée et doit sortir des lèvres à une température également déterminée, généralement inférieure à la tempéra tiare d'entrée d'où l'énoncé du principe estimé capital et négligé jusqu'à ce jour s "Pour rèmplir correctement son rôle une filièrè doit 20 être un é changeur parfait de» tempéra tiare." Or, les matières thermoplastiques» et plus encore les masses chargées» ont une inertie thermique s'opposant à l'échange d'oîi une circulation plus rapide au coeur d'une épaisseur qu'à la périphérie (en échange) au contact du métal. 25 D'autre part, les charges sont génératrices fréquemment d'un auto-chauffement au sein du flux. Dans les filières classiques en usage, la formation de la nappe étant obtenue par des laminages, il en résulte des vitesses d'écoulement différentes en tous les points de la filière. 30 Sur la figure 1 est représenté l'un des deux types de filières» à savoir la filière dite "porte-manteau", la matière arrivant selon la flèche F1 et se trouvant répartie selon les flèches F2 à proximité de la lèvre d'extrusion. Ces laminages, les vitesses différentes» les trajets de 35 longueurs différentes du flux sont générateurs d'un déséquilibre du rôle d'échangeur de température et par suite générateurs des défauts qu'ils prétendent éviter : écoulement préférentiel et engendrent au-delà de la filière des tensions internes auxquelles il faut ultérieurement remédier. * i 40 Pour.réaliser une filière plate qui réponde à cette 71 16828 M M 2136960 exigence s d'être un échangeur parfait de température, il faut s 1° - que les masses de métal supérieures et inférieures soient équilibrées thermiquement, 2° - que le tracé du cheminement de la matière soit 5 tel que chaque parcelle du flux de matière ait parcoure une même longueur, à une même vitesse entre 1"entrée et la sortie. Cette deuxième condition étant indispensable pour que la matière se présente à la sortie des lèvres à une même tempéra-ture et donc avec une même consistance et même vitesse en tous 10 points des lèvres. La présente invention a pour but de permettre l'extru-sion plus facile des feuilles de matières thermoplastiques en évitant les écoulements préférentiels et en autorisant des pourcentages de charges réputés impossibles à ce jour. 15 De plus, cette invention permet d'obtenir des feuilles exemptes de tensions internes. Cette invention est caractérisée en ce que l'on partage le flux de matière plastique de façon succéssive et régulière et selon une triangulation déterminée de telle sorte que chaque par-20 celle de la matière parcourt, sous une même pression de poussée, un chemin égal en un même temps de passage» L'invention concerne également une filière caractérisée en ce que l'entrée du flux est divisée en deux canaux, lesquels sont à leur tour divisés en deux autres canaux et cela de façon 25 successive jusqu'à l'obtention de la largeur d'extrusion que l'on désire obtenir. L'invention concerne également les produits constitués de matière thermoplastique comportant un haut pourcentage de matière inerte obtenue en application du procédé. 30 Une filière conforme à l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les figures ci~jointes dans lesquelles s - la figure 2 est une vue de dessus d'une filière conçue pour l'application du présent procédé, 35 - la figure 3 est une section suivant A-A de la figure 2, - les figures 4 et 5 représentent deux modes de réali-sation d'une filière dont le principe est illustré en figure 2, chacune des filières illustrées sur les figures 4 et 5 permettent 40 l'obtention de bandes de plus ou moins grande largeur. 71 16828 2136960 la présente invention vise à mettre en oeuvre un procédé consistant à diviser le flux de matière thermoplastique en deux canaux égaux, lesquels seront à leur tour chacun divisés en deux autres canaux et ainsi de suite et cela autant de fois que néces-5 saire pour atteindre la largeur nécessaire de la bande désirée et pour qu'ainsi la filière remplisse son rôle d'échangeur parfait qui est la condition nécessaire pour ce travail. la figure 2 représente d'ailleurs une filière nécessaire à l'application de ce procédé. 10 Le flux de matière thermoplastique arrive selon la flèche P3. Il est aussitôt divisé en deux canaux 1, eux-mêmes divisés en deux autres canaux 2, ces derniers canaux 2 étant enfin divisés encore en deux canaux 3, de telle sorte qu'à la base de cette triangulation les différents canaux se regroupent et forment pra-15 tiquement une ligne continue d'extrusion (L1). Pour obtenir une pression constante de la matière thermoplastique tout au long du chemin, parcouru par celle-ci à l'intérieur de la filière, il convient que la somme des surfaces de section perpendiculaire des deux canaux prolongeant le canal pré-20 cèdent soit légèrement inférieure à la section perpendiculaire de ce dernier, cette surpression échelonnée tout au long du parcours de la matière thermoplastique a pour but de créer une surpression destinée à assurer une répartition égale sous la même force de poussée dans chacun des canaux se faisant suite. 25 la filière ainsi conçue évite tout déséquilibre de tempéra ture dans la masse y cheminant. la figure 3 représente une section selon A-A de la figure 2, où. l'on peut voir les réductions progressives des canaux du point d'alimentation F3 de la ligne de distribution sous forme de bande 30 H. Ainsi dans cette filière les conditions fondamentales pour l'extrusion de matière thermoplastique fortement chargée de matière inerte, pulvérulente ou fibreuse, répondent aux deux critères essentiels : 35 - distance parcourue par la matière égale entre tous les points des lèvres et l'entrée de la filière, - épaisseur identique du flux de matière en fusion sur n'importe quelle section perpendiculaire à l'écoulement. Ces deux conditions garantissent un équilibre thermique 40 parfait et constant et cela quelle que soit la largeur de la 71 16828 - 6 - 2136960 bande que l'on désire obtenir et le pourcentage en charge de cette matière. C'est ainsi que pour obtenir des bandes plus ou moins larges on pourra faire appel aux modes de réalisation illustrés 5 sur les figures 4 et 5 où. la distance A-E, sera égale à A-B-I, A-B-C-K, A-B-F-G-J, etc... pour une filière de plus grande largeur | le dispositif illustré en figure 4 pourra être doublé et la distance entre A-F sera égale à A-B-GS-H-I-K, etc... Une filière ainsi conçue peut permettre la réalisation 10 de feuilles minces avec des pourcentages de charges ou de mélanges réputée jusqu'alors impossible et exempts de tension interne. Ainsi, il est possible de produire des feuilles à base de poudre de verre atteignant 90 $ de charge. Enfin dans la partie de la filière où tous les écoule-15 ments se réunissent pour former une nappe plate L1, on arrive à une épaisseur supérieure aux possibilités de réglage de l'épaisseur des lèvres. Cette troisième partie allant en se rétrécissant par compartiments 4, 5 et 6 (ou d'une façon continue) jusqu'aux 20 lèvres 7. L'application de ce procédé à l'extrusion de matière thermoplastique avec pourcentage de matière inerte permet l'extrusion de bandes pouvant, après découpe, être utilisées par exemple en tant qu'ardoise scolaire, élément de couverture de 25 bâtiment, revêtements de sol ou muraux, etc... les charges de matière inerte étant motivées soit pour obtenir un produit nouveau ayant des qualités particulières, soit pour obtenir simplement un abaissement du prix de revient du produit fini. 30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 16828 - 7 - 2136960 R E T E S S I C A I 10 H ..S 1°) Procédé pour l'extrusion de matière thermoplastique, caractérisé en. ce que l'on partage le flux de matière plastique de façon successive et régulière et selon une triangulation 5 déterminée de telle sorte que chaque parcelle de la matière parcourt , sur une même pression de poussée, un chemin égal en un même temps de passage. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque opération de partage de la matière, on crée une 10 surpression destinée à assurer une répartition égale sous une même force de poussée dans les directions prises ensuite par la matière. 3°) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'après les divisions successives de 15 la matière, les points de sortie sont suffisamment rapprochés pour former une nappe. 4°) Filière pour la mise en oeuvre du procédé défini dans l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisée en ce que l'entrée du flux est divisée en deux canaux, lesquels 20 sont à leur tour divisés en deux autres canaux et cela de façon successive jusqu'à l'obtention de la largeur d'extrusion que l'on désire obtenir. 5°) filière conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que la somme des surfaces des sections orthogonales de 25 deux canaux est légèrement inférieure à la surface de la section perpendiculaire du canal duquel ils partent. 6°) Filière conforme à l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que les orifices des canaux des dernières divisions sont suffisamment rapprochés pour que la ma-30 tière soit reconstituée sour forme de nappe. 7°) Filière conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 6 g caractérisée en ce que la nappe plate formée à partir des écoulements des derniers canaux est d'une épaisseur supérieure aux possibilités de réglage de l'épaisseur des lèvres, 35 la filière présente en cet endroit une section allant en se rétrécissant d'épaisseur jusqu'aux lèvres d'extrusion. 8°) Les produits constitués de matière thermoplastique comportant un haut pourcentage de matière inerte obtenue en application du procédé défini dans l'une quelconque des revendi-40 cations de 1 à 3 et à partir des filières définies dans les revendications de 4 à 7.