Brevet FR2137757A1 — publié le 19721229

La présente invention se rapporte à un appareil pour le contrôle du détachement des fibres à la sortie d'une filière d'ex-trusion dans une opération de formation de fibres en matière plastique . 5 Lors de la fabrication de matériaux thermoplastiques pou vant être extrudéset moulés il est normal et classique de transformer la matière plastique en fibres, de la refroidir et ensuite de la découper en petits morceaux appelés grains ou analogues. De nombreuses matières plastiques communes sont traitées de cette maniè-10 re et parmi ces matières on trouve le polystyrène, les acrylates, les copolymères styrène/acrylonitrile, un copolymère greffé acrylo-nitrile/butadiène/styrène, le chlorure de polyvinyle etc. Durant l'extrusion dans une opération de formation de fibres, de l'air ou de l'eau sont inévitablement présents en petites 15 quantités dans la masse fondue de polymère alimentée à la filière d'extrusion. En conséquence, aussitôt qu'une fibre chaude émerge de la filière, toute poche d'air ou de vapeur d'eau se trouvant dans la fibre extrudée se dilate à une vitesse rapide, même de manière explosive et la continuité de la fibre chaude est interrompue, 20 ce qui provoque sa rupture. De manière typique, la rupture de fibre se produit plutôt fréquemment dans une opération de formation de fibres normale mais au hasard et de manière imprévisible. Aussitôt qu'une fibre est rompue, une extrémité libre est créée et celle-ci doit être reliée aux fibres restantes immédiate-25 ment, ou bien un enchevêtrement de fibres, sous forme de nid, est créé qui bloque rapidement l'équipement de coupe à l'extrémité du bain de refroidissement empêchant toute opération continue ultérieure de l'équipement de formation de fibres. En conséquence, un des principaux objets de la présente j50 invention est de prévoir un appareil pour le contrôle du détachement des fibres, à une filière d'extrusion lors d'une opération de formation de fibres de matière plastique. L'appareil comporte un moyen de filière d'extrusion allongé dans lequel sont définis plusieurs orifices adaptés pour l'extrusion de fibres de polymère chau-35 des dans une configuration généralement parallèle. Ces orifices sont généralement espacés régulièrement entre eux et en outre, sont pla~ cés de manière régulière dans une configuration allongée dont l'axe est approximativement horizontal. Un bain de refroidissement par fluide est utilisé, ce 40 bain comprenant le fluide de refroidissement ainsi que le moyen 72 16781 2* 2137757 de retenue du fluide. Le moyen de filière a son axe situé généralement au-dessus de la surface du fluide de refroidissement et cette filière est située habituellement -transversalement à travers le bain de refroidissement par fluide afin d'être généralement parai» 5 lèle à la surface du fluide de refroidissement. Un ensemble de déviation est utilisé. L'ensemble comprend un moyen de barre et un moyen de chicane ou déflecteur. Le moyen de barre s'étend horizontalement dans une direction généralement parallèle à l'axe du moyen de filière. La partie du bord inférieur 10 du moyen de barre est immergée dans un bain de fluide de refroidissement au-dessous de la surface de ce fluide. Le moyen de chicane dans l'ensemble de déviation est situé habituellement généralement au-dessus et est relié au moyen de barre et il saille quelque peu au-dessus de la surface du fluide de refroidissement dans une direc-15 tion généralement parallèle à l'axe du moyen de filière. Un ensemble de rouleau de prise est utilisé et il comprend un moyen de mise en place de cylindre où rouleau. Le cylindre peut tourner axialement dans la surface du fluide de refroidissement se trouvant dans le bain. Le cylindre lui-même est de préférence adap-20 té pour flotter librement dans le fluide. L'axe du cylindre s'étend horizontalement dans une direction généralement parallèle à l'axe de la filière. Le moyen de mise en place dans l'ensemble de rouleau est prévu pour limiter la distance maximum entre le cylindre et le moyen de barre. 25 La relation d'espacement entre la filière et les orifices qu'elle comporte, le moyen de barre et le cylindre est telle que ; lorsque les fibres de polymère quittent les orifices dans la filière, et passent au-dessus du cylindre dans le fluide de refroidissement, et sous le moyen de barre, chaque fibre vient en contact nor-30 malement en glissant sur une partie de surface circonférentielle, différente, du cylindre, de sorte que ce dernier tend à être entraîné en rotation par les fibres. La présente invention prévoit également le contrôle du détachement des fibres d'une filière d'extrusion dans une opéra-35 tion de formation de fibres en matière plastique, en prévoyant un? étape consistant à fajre passer en continu plusieurs fibres 6e polymère chaudes vers le bas, à partir d'une atmosphère gazeuse et vers un bain de refroidissement par fluide dans une configuration généralement parallèle. L'angle du passage ou du déplacement de 40 fibre individuelle se situe généralement dans la gamme de 0 à 90° 72 16781 3. 2137757 par rapport à l'horizontale. Lors d'un tel passage, les fibres traversent une zone où elles sont maintenues en contact normalement constant et de glissement avec les parties de surface circon-férentielles d'un organe de cylindre qui tourne en réponse au dé-5 placement des fibres sur lui. Lorsque les fibres passent au-dessus de l'organe cylindrique chacune d'elles est généralement parallèle aux autres et ces fibres sont généralement uniformément espacées entre elles dans une direction généralement transversale (par rapport au déplacement des fibres) lorsqu'elles passent sur cet orga-10 ne cylindrique. Avant leur immersion dans le bain de refroidissement, les fibres sont maintenues à des températures suffisantes pour les garder à l'état thermoplastique (par exemple collantes, fondues). Ainsi, lorsqu'une fibre unique se rompt, elle est presque immédiatement en contact avec une fibre adjacente et est fon-15 due avec elle sans qu'il y ait d'interruption de l'écoulement des fibres depuis la filière dans le bain de refroidissement. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : 20 La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation de système selon la présente invention, quelques parties étant enlevées ; La figure 2 est une vue en coupe verticale longitudinale de l'exemple de réalisation représenté dans la figure 1; 25 La figure 3 est une vue en coupe transversale et vertica le prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2; La figure 4 est une vue éclatée d'une partie de la région d'extrémité de l'ensemble de déviation ; quelques parties étant enlevées pour une représentation en coupe; 30 La figure 5 est une vue en coupe verticale similaire à la figure 2 représentant une modification de l'ensemble de cylindre ; et La figure 6 est une vue similaire à la figure 3 qui est prise suivant la ligne 6-6 de la figure 5. 35 Les dessins représentent une filière d'extrusion typique allongée 10, telle qu'utilisée lors des opérations de formation de fibres en matière plastique. Cette filière est équipée de plusieurs orifices 11 adaptés pour l'extrusion de fibres chaudes 12 de polymère. Les orifices 11 sont généralement espacés les uns des autres 40 dans la filière 10 et, "eh"plus,' ils sont âiigrîés le 'long 72 16781 2137757 13 sensiblement horizontal. Un bain 14 de refroidissement par fluide, comprenant un fluide de refroidissement 16 et un moyen 17 pour contenir ce fluide, est utilisé pour refroidir les fibres 12. Le fluide de refroi-5 dissement 16 est habituellement de l'eau, bien que d'autres fluides puissent certainement être utilisés. Le moyen 17 contenant le fluide, comme représenté dans la figure 1, comprend une partie de fond 18 avec des parois latérales 19 et des parois d'extrémité 21. La filière 10 est située de façon que son axe 13 soit de préféren-10 ce au-dessus de la surface du fluide 16 de refroidissement et s'étende transversalement à travers le bain 14 du fluide de refroidissement parallèlement à la surface de ce fluide 16. Un ensemble 22 de déviation dévie les fibres 12 provenant de la filière 10 vers le bas dans le fluide de refroidissement 16. 15 L'ensemble de déviation 22 comprend un organe cylindrique 2-3 et une chicane 24 fixée à la partie supérieure de l'organe 23 par exemple par soudure. L'organe 23 s'étend transversalement à travers le bain 14 de refroidissement par fluide, de préférence parallèlement à l'axe 13 de la filière 10. L'ensemble 22 peut être constitué en 20 acier doux ou analogue. La partie inférieure de l'organe 23 est immergée dans le bain 14 de refroidissement à fluide. Le bord supérieur de la chicane 24 s'étend au-dessus de la surface du fluide 16 de refroidissement sensiblement parallèlement à la filière 10. A chaque extrémité de l'organe 23» une fente 32 est définie sensi-25 blement dans le même plan que celui de la chicane 24. Un moyen convenable, tel qu'un ensemble d'attache 25, met en position l'ensemble de déviation 22 dans le bain 14 de refroidissement par fluide. Comme représenté dans la figure 4, chaque attache comprend une bande ou barre 26 en acier ou analogue 30 comportant un rebord inférieur 27 s'étendant vers l'intérieur et un rebord supérieur 28 s'étendant vers l'extérieur. Le rebord 28 est adapté pour reposer sur la lèvre de la paroi latérale 19. Une lame 29 ou nervure s'appuie sur la face supérieure du rebord 27 et sur la face interne de la barre 26. La lame 29 est fixée à la ban-35 de 26 et au rebord 27 par soudage ou analogue. L'ensemble de déviation 22 est mis en place dans le bain 14 de refroidissement à fluide en faisant glisser la lame 29 dans la fente 32 afin que le bord inférieur de la barre 23 repose contre le rebord inférieur 27. Toute structure convenable pour l'ensemble de déviation 22 peut 40 être utilisée pour la présente invention comme le comprendront ra 72 16781 2137757 pidement les spécialistes de la technique mais des barres solides, non rotatives et maintenues fixes sont de beaucoup préférables. Un rouleau de prise ou cylindre 33 est placé sur la surface du fluide de refroidissement 16 et pénètre dans cette surfa-5 ce, entre l'ensemble de déviation 22 et la filière 10. Le rouleau 33 est de préférence du tube d'aluminium ou analogue ayant des extrémités rendues étanches pour qu'il puisse flotter. Il est préférable que le rouleau 33 flotte librement dans le fluide de refroidissement 16 et sur la surface de celui-ci. Cependant, toute struc-10 ture convenable pour le rouleau 33 peut être utilisée sans sortir du cadre de la présente invention. Des moyens de mise en position du rouleau peuvent être prévus pour limiter la distance maximum entre le rouleau 33 et l'ensemble de déviation 22. Comme représenté dans les figures 5 15 et 6, vin rouleau 33' comporte deux axes tronqués 39 et 4l opposés et situés axialement et qui sont tourillonnés pour pouvoir effectuer des mouvements de rotation dans deux pièces en U de retenue 42 et 43, une sur chaque paroi latérale respective 19 du moyen 17 contenant le fluide. Les pièces en U 42 et #3 sont formées par deux 20 barres 44 en acier ou analogue et fixées de manière convenable à chaque paroi latérale 19. Toute structure convenable pour un moyen de mise en place de rouleau peut être utilisée sans sortir du cadre de la présente invention. La relation d'espacement entre la filière 10 et les ori-25 fices 11 qu'elle comporte, l'ensemble de déviation 22 et le cylindre 33 est telle que, lorsque les fibres 12 de polymère quittent les orifices 11 et passent sous l'ensemble 22, chaque fibre 12 vient normalement en contact de glissement avec une partie de surface circonférentielle, différente, du cylindre 33j de sorte que ce der-30 nier tend à être entraîné en rotation par ces fibres. La vitesse angulaire de la surface circonférentielle du cylindre 33 approche ainsi la vitesse linéaire des fibres 12 passant sur ce cylindre et contre lui. N'importe quelle sorte de bâti classique pour maintenir une telle relation peut être utilisée, comme l'apprécieront 35 les spécialistes de la technique. On décrira maintenant le fonctionnement d'un tel système. Au démarrage, de manière convenable, l'ensemble de déviation 22 et le cylindre 33 (ou 33') sont enlevés et une masse fondue à chaud derrière la filière 10 est extrudée à travers les orifices 40 11. Fréquemment une nasse de matière plastique se forme tout d'abord 72 16781 s" 2137757 à proximité de la filière 10 suivie par les fibres individuelles lorsque la vitesse d'extrusion augmente. Un opérateur transporte manuellement le produit d'extrusion du départ le long de la filière 10 vers un ensemble de coupe (non représenté) en permettant aux 5 fibres 12 de plonger dans le bain de refroidissement pour les tremper et les solidifer. Lorsque les fibres 12 sont alimentées à l'ensemble de coupe de manière normale (habituellement un ensemble de coupe en fonctionnement tire réellement les fibres 12 en lui-même) l'opérateur glisse l'ensemble de déviation 22 en place sur les en-10 sembles d'attache 25, et glisse le cylindre 33 (ou 33')* depuis un côté du moyen 17 contenant le fluide, sous les fibres 12 jusqu'à ce que ce cylindre se trouve dans sa configuration de fonctionnement normal, comme on l'a décrit précédemment. Les conditions de fonctionnement normal varient énormé-15 ment d'un polymère thermoplastique à l'autre et d'un agencement d'équipement à l'autre de sorte qu'aucune condition définie convenable pour tous les polymères et toutes les configurations d'équipement ne peut être citée.Cependant on observera que des températures typiques ou connues pour les fibres dans une filière se situent 20 dans la gamme d'environ 177 à 280°C pour des pressions correspon- p dantes allant d'environ 21 à 210 kg par cm . La gamme de dimensions pour les orifices de la filière se situe communément depuis ?,5 w à 5 mm (les fibres se dilatent normalement légèrement en diamètre après avoir quitté les orifices de la filière). Les dimersier?!? den 25 extrudeuses se situent communément dans la gamme allant d'environ 9 cm à 20 cm, le nombre des orifices de fibres, dans n'importe quelle filière donnée, se situant communément dans la gamme de 20 à 200. Les débits de matière peuvent se situer dans la gamrae par exemple d'environ 450 à 2700 kg par heure. Typiquement les grains 30 ont une longueur qui se situe dans la gamme d'environ 1 6 mm à 6,4 mm, une longueur d'environ 3,2 mm étant spécialement commune La longueur du bain de refroidissement peut aller de 1^80 m à 6 m en utilisant une profondeur de fluide allant de 12,7 cm à 30}5 environ. L'espacement des fibres transversalement, entre les fi/bres 35 se déplaçant au-dessus du cylindre 33 (ou 33'),peut aller de 0±4 mm à 3,2 mm mais des espacements plus grands ou plus petits peuvent être utilisés en fonction des circonstances. Aucune valeur critique spéciale particulière n'apparaît être associée â l'ut-Hl-sation d'un appareil ou d'un procédé selon la présente invention, 40 et de telles valeurs telles que décrites ici sont simplement ci- 72 16781 7' 2137757 tées dans un but illustratif, non limitatif, et données simplement pour aider à comprendre la présente invention comme l'apprécieront rapidement les spécialistes de la technique. Les principes et la pratique de formation de grains sont généralement connus des spécia-5 listes de la technique. Si une fibre 15 se rompt après sa sortie d'un orifice 11 et avant d'entrer dans le fluide de refroidissement 16, cette fibre 15 typiquement est immédiatement amenée en contact avec une fibre 12 voisine non brisée et se soude rapidement à elle du fait que les 10 fibres sont,avant leur immersion dans le fluide 16 de refroidissement, à des températures élevées suffisantes pour les maintenir dans un état généralement fondu et collant; c'est-à-dire que les fibres sont suffisamment molles pour se fondre ensemble immédiatement par suite de leur contact mutuel. 15 Le rouleau 33 (ou 33' ) maintient les fibres chaudes en dé placement, associées à proximité les unes des autres. Les fibres ne collent pas ou n'adhèrent pas à ce cylindre ou rouleau du fait que ce dernier est mouillé par le fluide de refroidissement, lubrifié et refroidi lorsqu'il tourne. Puisque les fibres avancent de façon 20 continue, les fibres brisées qui sont réunies aux fibres voisines non brisées avancent de façon continue au-dessous de la barre 23 et l'opération d'extrusion continue de manière ininterrompue. Si une fibre brisée se lève et s'éloigne du voisinage d'un cylindre 33 (ou 33') elle heurte ou vient rapidement en con-2 5 tact avec la chicane 24 qui la dévie, l'amenant très peu de temps après à venir en contact avec les autres fibres chaudes et la fusion souhaitée d'une telle fibre chaude brisée avec les fibres chaudes non brisées voisines est en conséquence automatiquement obtenue. Les relations géométriques entre les divers éléments sé-30 parés et la construction individuelle de ceux-ci, qui sont utilisées dans le fonctionnement du dispositif selon la présente invention peuvent varier. La face de la filière 10 peut être verticale ou inclinée. De manière similaire, tandis que le cylindre 33 représente une configuration préférée, son diamètre est influencé par 35 les facteurs tels que la géométrie de la filière 10, la dimension du bain 14, la position de la barre 23, etc. Habituellement, un cylindre s'enfonce de manière convenable dans la proportion de 0,5 à 0,8 dans le bain de refroidissement, et des diamètres de cylindre communs se situent dans la gamme d'environ 5 à 15 cm, un dia-40 mètre de -6,4' cm convenant particulièrement : bien. Le >contact des fi 72 16781 8. T\6! IZ>t bres avec la surface du cylindre ou rouleau peut s'étendre sur une distance allant par exemple de 6,4 mm à 10 cm, des distances de 9*5 à 15,9 mm étant les plus communes bien que des distances moyennes plus longues ou plus courtes puissent être utilisées en fonction 5 des circonstances. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de 10 réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 72 16781 g. 2137757 REVENDICATIONS 1 - Appareil de formation de fibres en matière plastique comprenant une filière d'extrusion à orifices multiples un bain de fluide de refroidissement, un ensemble de déviation immergé dans 5 ce fluide et un moyen de guidage pour guider les fibres extrudées depuis la filière dans le bain, cet appareil étant caractérisé en ce que le moyen de guidage est situé entre la filière et l'ensemble de déviation pour fournir une relation d'espacement entre lui, la filière et l'ensemble de déviation, pour dévier toute fibre en 10 matière plastique fondue brisée, l'amener en contact avec les fibres en matière plastique voisines et l'amener à se lier à elles, ces fibres brisées étant transportées dans le bain de refroidissement et éloignées de la filière. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que la filière d'extrusion comporte à l'intérieur une série d'orifices alignés ayant un axe médian sensiblement parallèle à la surface du fluide. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de guidage est.un cylindre tournant librement compre- 20 nant des moyens pour le mettre en place à proximité de la filière afin de recevoir et de faire passer les fibres dans le bain à l'intérieur d'un angle allant de 0 à 90°.