Brevet FR2181539A1 — publié le 19731207

La présente invention concerne un procédé d'augmentation de volume,en une ou plusieurs fois,de particules de matière thermoplastique contenant un agent moussant, par chauffage à une température à laquelle la masse de matière plastique est ramollie et l'agent moussant qui est finement divisé dans celle-ci entre en action pour provoquer la formation d'une structure cellulaire, les particules se trouvant empêchées par un mouvement permanent de se réunir entre elles par leurs surfaces ramollies par soudure ou frittage. L'invention concerne également un dispositif permettant d'exécuter la phase d'expansion par apport de chaleur et maintien de l'indépendance des particules au moyen d'un ou plusieurs agitateurs disposés dans un récipient. Il est connu, pour obtenir un faible poids spécifique de 3 par exemple 10 à 60 kg/ m , de soumettre à ce que l'on appelle une pré-expansion des particules de matière plastique constituées par exemple de granulés de polystyrène contenant du pentane comme agent moussant ou de perles, avant qu'il ne leur soit conférée une structure cellulaire dans des moules par apport de chaleur de façon à constituer des pièces moulées soudées de facon Dlus ou moins homo gène. Lors de cette opération, il se produit une augmentation de volume qui correspond presque au poids spécifique du corps moulé homogène que l'on fabrique dans une opération ultérieure. Si lors de la pré-expansion on recherche des poids spéci 3 fiques très faibles par exemple de 10 à 1 kg/ m3, il apparaît certaines difficultés si l'on fait traverser aux particules un appareil de prémoussage cylindrique qui est aujourd'hui utilisé de préférence dans la technique et qui est muni d'un agitateur, d'un dispositif d'introduction et d'évacuation de matière et d'un dispositif d'introduction de vapeur d'eau.Ces difficultés se manifestent essentiellement, lorsque la proportion de matière solide est extrêmement faible, de par exemple 12 g/l , par une très grande sensibilité des particules aux phénomènes de surchauffe dus à l'action du fluide de chauffage nécessaire à l'expansion, et aux influences mécaniques qui résultent du mouvement nécessaire au maintien de l'indépendance des particules et obtenu à l'aide d'un agitateur muni de bras de division. Connaissant ces dificultés, on a jusqu'à maintenant essayé de les éliminer en conduisant l'opération d'expansion à des températures relativement faibles, c'est-à-dire à seulement quelques degrés au-dessous du point de ramollissement, par exemple. dans un domaine d'environ 90 à 950C pour des particules de polystyrène contenant un agent moussant, et en utilisant en même temps pour la vitesse de rotation de l'agitateur des valeurs qui avec 30 à 60 tours/minute maintiennent encore les particules à l'état indépendant sans toutefois les endommager. Ce procédé doux et avantageux en soi présente cependant comme inconvénient le fait que l'on ne peut produire que des quantités relativemett faibles de par exemple 300 kg/h à l'aide d'une installation présentant des dimensions de cylindre admissibles du point de vue construction, de par exemple 2 à 2,5 m de hauteur.Si l'on voulait jusqu'à maintenant produire dans la même installation des quantités plus importantes, il fallait alors prendre trois dispositions: l'alimentation en matière devait être élevée, l'apport de chaleur également et la vitesse de rotation de l'agitateur et la puissance consommée pour son entrainementaevaent être accruS pour éviter une agglomération des particules de matière brute produites en grande quantité dans l'appareil de prémoussage. Toutefois alors qu'on pouvait ajuster l'une par rapport à l'autre les deux premières conditions en acceptant une consommation de chaleur relativement élevée, il se présentait lors de l'accroissement nécessaire de la vitesse de rotation des incové nients qui se manifestaient soit par un endommagement des portions extérieures des cellules que constituaient les particules, cet endommagement étant dû à l'effet d'impact des bras d'agitateur pendant la phase d'expansion progressive,soitpar un déréglage du remplissage du récipient, également dû à l'agitateur. On a alors cherché à supprimer ces inconvénients qui se produisent lors de la pré-expansion de grandes quantités de matière, de par exemple 600 à 1800 kg/ h , dans des appareils relativement petits présentant par exemple une hauteur de cylindre de 1,5 à 3 m et un diamètre de 90 à 120 cm. C'est ainsi que l'on a pu établir que, dans l'état de la technique utilisé jusqu'à maintenant, les conditions de procédé utilisées pour la production de grandes quantités de matière dans les installations de traitement n'étaient déterminées qu'en fonction de la première phase de traitement, c'est-à-dire que le mouvement d'agitation, sans nullement tenir compte de ensemble du déroulement du procédé, n'était réglé qu'en fonction de la première phase.On a alors déduit d'observations exactes que, dans la première phase qui a par exemple lieu sur un trajet d'environ 60 à 80 cm dans la région inférieure du récipient d'expansion, les particules augmentent presque instantanément de volume par exemple 800 g/l à 40 à 60 g/l, ce qui entraîne un tassement étroit des particules qui se touchent entre elles et qui sont chassées vers le haut dans l'espace de traitement; ce tassement conduit à l'apparition d'une agglomération de la matière dans la région inférieure de llagitateur si l'effet de division des bras de l'agitateur n'est pas accru par une élévation de la vitesse de rotation de celui-ci; on n'a en effet pas remarqué, ou on ne l'a pas pris en considération,le fait que l'adaptation de l'action d'agitation aux conditions de la première phase de traitement conduit dans le déroulement ultérieur du procédé à un endommagement des particules à traiter. Conformément à l'invention, on tient en outre compte de l'exigence qui consiste à empêcher une soudure des particules pendant la première phase grâce à un réglage de l'effet de division au moyen d'une vitesse de rotation plus élevée de l'agitateur, de sorte que l'on élimine un accroissement des risques d'agglomération lors du passage de quantités de matière importantes. Afin toutefois d'empêcher un endommagement des particules lors de l'augmentation progressive de volume dans le domaine des 3 faibles poids spécifiques, de par exemple 15 40 kg/ m , il est selon l'invention proposé un nouveau procédé de prémoussage qui consiste, pendant les diverses phases du prémoussage, à produire le mouvement des particules les unes par rapport aux autres au moyen de dispositifs d'agitation dont la vitesse de rotation est adaptée au déroulement du procédé dans le récipient de prémoussage, et ceci en choisissant dans la zone de l'amorçage de l'expansion, c'est-à-dire dans l'espace inférieur du récipient,une vitesse de rotation nettement plus élevée que dans la zone supérieure de l'expansion progressive qui lui est adjacente. On prévoit de préférence deux zones , par exemple avec une vitesse de rotation d'agitateur de 150 tr/minute dans la zone inférieure et une vitesse de 30 tr/minute dans la zone supérieure. On peut toutefois également choisir plus de deux zones suivant la valeur des débits désirés. Avec le procédé conforme à l'mvention, on est alors assuré de pouvoir régler de façon optimale les conditions nécessaires aux phases principales du cycle de traitement. On peut à l'aide des dispositifs nécessaires à la mise en oeuvre du procédé obtenir un autre avantage constitué par le fait qu'ils peuvent également être utilisés pour l'exécution d'une postexpansion répétée. Pendant ce que l'on appelle un post-moussage, des particules dont le volume a été amené au cours d'une première expansion à par exemple 20 g/l se trouvent stockées pendant un court laps de temps, d'environ 6 à 24 heures, puis à nouveau chauffées pour les maintenir indépendantes les unes des autres. On a cherché à réaliser ce second chauffage, qui était jusqu a maintenant exécuté dans ce que l'on appelait un appareil de moussage secondaire et qui était à cet effet muni d'un agitateur à faible vitesse, dans la même installation que celle utilisée pour la première expansion. La difficulté qui apparaît alors réside dans le fait que les installations de prémoussage actuellement connues sont munies d'agitateurs dont la vitesse de rotation est ajustée en fonction des difficultés décrites plus haut qui apparaissent lors de la première augmentation brusque de volume si l'on suppose un poids 3 spécifique de 800 kg/ m pour la matière brute. Lors de la seconde ou de la troisième expansion, les particules sont toutefois déjà introduites dans l'appareil de prémoussa 3 ge avec une densité de 15 ou 20 kg/ m . Cependant, avec ces faibles densités, les particules sont encore sensibles, comme à la fin du premier prémoussage, à l'action des agitateurs de division à grande vitesse des appareils de moussage primaires. C'est pourquoi il est dans une réalisation particulière de invention proposé d'utiliser une installation de prémoussage pour les premières phases d'expansion et les suivantes qui est caractérisée en ce qu'elle est munie pour la première expansion d'au moins deux vitesses différentes de rotation des agitateurs et en ce que pour les expansions suivantes la partie d'agitateur à rotation rapide disposée dans la zone inférieure de l'appareil peut avoir sa vitesee ramenée à celle de la partie à vitesse lente disposée dans la #one supérieure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif au regard du dessin annexé sur lequel la Figure unique représente un mode d'exécution avantageux d'un dispositif de prémoussage permettant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Ce dispositif comprend un récipient de prémoussage 1 qui est de préférence cylindrique et est équipé d'un axe d'agitateur 2 rotatif et muni de bras d'agitation. Le récipient est fermé au moins suivant sa surface inférieure par un fond 3 et il présente à environ 150 mm au-dessus de ce fond un orifice par lequel la matière peut être introduite dans ce récipient au moyen d'une vis de dosage d'un dispositif d'alimentation 4 en matière brute. Le ou les fluides de chauffage sont introduits par d'autres orifices ménagés dans la zone inférieure du récipient et reliés à une conduite d'alimentatioii 5 ou bien par l'axe d'agitateur# et ses bras qui sont dans ce cas réalisés creux et munis d'orifices de sortie. Le récipient préeente encore à sa partie supérieure un orifice 6 d'évacuation de la matière traitée. Dans cette réalisation qui est la plus simple l'axe d'agitateur qui a une longueur d'environ 2,5 m est relié à son extrémité supérieure ou inférieure (ici supérieure) qui sort du récipient avec une commande ou moteur d'entraînement 7 qui est dimensionné pour la vitesse de rotation la plus lente, par exemple pour 40 tr/minute. Sur la partie inférieure de cet axe se trouve enfilé un manchon tubulaire 8 d'une longueur de par exemple 1 mètre et muni de bras d'agitation 9 et qui est monté pivotant en 10 et ll sur l'axe 2.Ce manchon 8 traverse de façon étanche le fond 3 du récipient et il est fixé sur l'axe 2 en-dessous de ce manchon une poulie à gorge 12 par laquelle le mouvement de rotation de l'axe est transmis au manchon avec par exemple un rapport de 1 : 3 par l'intermédiaire d'une transmission disposée sur le côté de l'axe et d'une autre poulie à gorge.Grâce à cette transmission qui comporte des poulies 13 et 14, le mouvement de rotation de l'axe est transmis à la seconde poulie à gorge et par conséquent le mouvement de rotation rapide au manchon. Alors que l'axe agit sur toute la hauteur du récipient sur le contenu de celui ci avec une vitesse de rotation d'entraînement de 40 tr/minuee , le manchon et ses bras d'agitation se déplacent, du fait de la réduction,à 120 tr/minute. Si la partie inférieure de l'agitateur doit se déplacer à la même vitesse que l'axe principal, par exemple lors de la seconde expansion, la transmission peut être mise hors service grâce à un débrayage et le manchon être rendu solidaire de l'axe par exemple au moyen d'un clavetage. On vient de décrire pour la mise en oeuvre du procédé un dispositif qui consiste en un récipient disposé verticalement et muni d'un axe d'agitateur orienté parallèlement à l'enveloppe de ce récipient. Le procédé peut toutefois également être réalisé dans un récipient parallélépipédique dans lequel sont disposés plusieurs agitateurs l'un au-dessus de l'autre avec leurs axes horizontaux et dans lequel les entraînements de ces axes présentent diverses vitesses de rotation. - REVENDICATIENS l.-Procédé de prétraitement,en une ou plusieurs fois, de particules de matière thermoplastique contenant un agent moussant, à l'aide d'un ou plusieurs fluides de chauffage en vue d'une augmentation de volume des particules pour la rea isation d'une structure cellulaire ou poreuse tout en maintenant ces particules indépen- dantes les unes des autres, caractérisé en ce qu'on introduit en les dosant de façon continue les particules dans un récipient dans lequel elles augmentent de volume sous l'effet d'un apport de chaleur et qu'elles traversent alors entre un emplacement d'entrée et un emplacement de sortie, leur indépendance étant maintenue sur le chemin à parcourir au moyen d'un ou plusieurs dispositifs d'agitation présentant au moins deux vitesses de rotation différentes. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une vitesse de rotation des agitateurs plus élevée dans la zone de l'emplacement d'introduction de la matière dans le récipient que dans la zone disposée au-dessus. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendieations 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient cylindrique vertical ou incliné par rapport à la verticale et muni d'un axe d'agitateur parallèle à la paroi du cylindre,c#t axe étant accouplé avec un dispositif d'entraînement à son extrémité inférieure ou supérieure et un manchon tubulaire muni de bras d'agitateur étant enfilé sur la partie inférieure de cet axe et monté pivotant sur celui-ci. 4.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé eg ce que le manchon tubulaire est relié à un dispositif d'entraînement indépendant de l'axe. 5.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le manchon tubulaire est entraîné de façon dépendante de l'axe par l'intermédiaire d'une transmission. 6.- Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient ;parallélépipédique disposé verticalement et dans lequel sont montés au moins deux agitateurs disposés l'un au-dessus de l'autre et de vitesses de rotation différentes.