Brevet FR2183570A1 — publié le 19731221

La présente invention concerne un appareil pour la préparatlon de mélanges moussants. Plus précisément, appareil visé par l'invention est destiné à mélanger deux ou plusieurs substances fluides produisant par leur mise en présence des mousses, notamment de nature polymérisable. Cet appareil a aussi pour but de permettre la distribution du mélange moussant ainsi formé notamment pendant que celui-ci est en cours de polyméri- sation. On connatt dJ de nombreux appareils permettant de mélange plusieurs substances fluides à l'état liquide, ou des produits pulvérulents et des liquides. La plupart de ces appareils fonctionnent de façon discontinue et ne peuvent pas être utilises lorsque le mélange des substances composantes provoque un durcissement rapide de la masse du mélange résultant. En effet un tel durcissement risquerait de provoquer, en extraction discontinue, le blocage de l'appareil. Pour éviter ce blocage on a réalisé des appareils d'un autre type à fonctionnement continu pour prSparer des mélanges d durcissement rapide. Ces appareils qui constituent des mulseurs, des centrifugeuses ou des turbines, ne possèdent qu'un seul organe rotatif. Ils présentent l'inconvénient de ne pas permettre l'évacuation rapide et complète de la totalité de la substance mélangées lorsque la viscosité de cell--ci s'élève rapidement, sous l'effet de la réaction chimique provoquée par le mélange. La présente invention vise à remédier a cet inconvénient en assurant l'extrusion rapide et complète d'un mélange même lorsque celui-ci atteint un taux de viscosité élevé comme c'est le cas de mélanges moussants ou polyérisables. Suivant l'invention, l'appareil pour la préparation et la distribution de mélange moussants, notamment en cours de polymérisations comportant une enceinte avec au moins un orifice d'accès pour les constituants du mélange un orifice de sortie pour le mélange formé et des organes rotatifs logés dans cette enceint, est caractérisé en ce que les organes rotatifs comprennent d'une part des organes mélangeurs et d'autre part des moyens de refoulement du mélange vers l'orifice de sortie, les dits organes mélangeurs et les moyens de refoulement étant échelonnés dans l'enceinte entre l'orifice d'accès et l'orifice de sortie. Grâce à cette combinaison organes mélangeurs et de moyens de refoulement rotatifs dans une ms-e enceinte, il est possible de distribuer au moyen de l'appareil des mousse$n cours de polymrisationX mFme s'il s'agit de polymères à prise très rapide. De préférence, les organes mélangeurs comprennent à la fois des moyens pour la dispersion des constituants du mélange tel qu'un ensemble de palettes radiales montées sur un arbre moteur logé dans ltenceinte et des moyens pour homogénéiser le mélange des constituants, tel qu'un ensemble de pales dissymétriques montées sur le mtme arbre moteur, ces pales présentant une disposition alternée autour de l'arbre précité. Selon une autre particularité intéressante de l'inventions les moyens de refoulement du mélange comprennent une hélice portée par un arbre moteur logé dans l'enceinte, l'axe de poussée de l'hélice étant dirigé vers l'orifice de sortie de l'enceinte De préférences les moyens pour disperser les constituants du mélange, les moyens pour homogénéiser ce mélange et les moyens pour refouler le mélange vers l'orifice de sortie sont échelonnés sur le ms-e arbre moteur, qui est placé axialement dans l'enceinte, qui est guidé dans des paliers portés par cette enceinte du cté opposé à l'orifice de sortie du mélange moussant et dont l'extrémité située au voisinage de cet orifice est libre. D'autres particularités de l'invention résulteront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, la figure 1 est une vue en élévation avec coupe axiale dtun appareil conforme à l'invention, la figure 2 est la vue en coupe suivant Il-Il de la figure 4 la figure 3 est la vue en coupe suivant III-III de la figure 1 En se reportant aux figures 1 à 3 des dessins annexés, on voit un appareil plus particulièrement destiné à préparer et à distribuer des mélanges moussants polymérisables, notamment de mousses à haute vitesse de polymérisation. Cet appareil a été notamment conçu pour - disperser un premier liquide - le mélanger à un second liquide plus visqueux, capable de réagir avec le premier pour donner un produit moussant polymérisable - brasser et homogénéiser le mélange - favoriser la formation de mousse - assurer son expulsion de façon continue et avant que la viscosité atteigne une valeur excessive. L'appareil, dans la réalisation décrite, comprend essen- tellement une enceinte 1 dans laquelle sont montés sur un mtme arbre moteur axial 2, et de manière échelonnée, des organes mélangeurs comprenant d'une part des moyens 3 pour la dispersion des constituants du mélange, d'autre part des moyens 4 pour homogénéiser ce mélange. L'arbre 2 porte encore des moyens 5 pour assurer la succion puis le refoulement du mélange moussant vers l'orifice de sortie 6, lequel est disposé a l'extrémité de la partie rétreinte d'une goulotte tronconique 7 fixée de manière arovible sur l'enceinte 1. On va maintenant détailler les particularités de l'appareil, présenté a titre de réalisation préférée. L'enceinte 1, bn acier inoxydable présente un volume cylindrique et est lisse intérieurement. Dans l'enceinte i débouche du c8té amont une buse 8 raccord dée a un premier orifice d'accès 8a pour un ou plusieurs des constituants du mélange réactionnel, l'orifice 8a étant placé en amont des moyens 3 pour la dispersion des constituants. Une deuxième buse 9, est raccordée à un second orifice d'accès 9a, placé en aval des moyens 3 et en amont des moyens 4 pour homogénéiser le mélange des constituants La buse 9 est destinée à l'introduction des autres consti- tuants du mélange réactionnel. Une troisième buse 10 raccordée A un orifice d'accès 10a situé en regard de l'orifice 8a est prévue pour l'injection dans l'enceinte 1, d'un solvant destiné au nettoyage des mécanismes après leur arrêt Les organes rotatifs sont portés par l'arbre 2 qui porte 11 ensemble des organes rotatifs de l'appareil et est entrant par un moteur électrique ii, d'un type étanche à la lance. Le moteur Il est porté par une entretoise tubulaire 21 qui est montée sur le couvercle 14 de l'enceinte 1 et qui contient des paliers à billes 12 et 13 assurant le guidage de l'arbre 2, lequel tourne librement à l'intérieur de ltenceinte 1, aucun palier n'étant prévu pour celui-ci dans sa partie aval. L'arbre 2 traverse le couvercle 14 par une ouverture 22 de celui-ci dans laquelle est logé un joint torique 23. A son entrée dans l'enceinte 1, l'arbre 2 porte un disque diffuseur 24 qui tourne avec lui et est fixé par une bague 25. Le disque 24 porte des nervures circulaires 24a au contact du couvercle 14 et qui sont destinées à empêcher la remontée des produitg de réaction vers l'entretoise tubulaire 21. Les moyens de dispersion 3 comprennent un ensemble de palet tes radiales 26 présentant un bord amont rectiligne et un bord aval incurvé. Les palettes 26 sont portées par une bague 27 pouvant coulisser le long de l'arbre 2 et fixée en position par des vis à tete creuse 28. Les moyens 4 pour homogénéiser le mélange des constituants comprennent un ensemble de pales concaves dissymétriques 31, 32, prés entant une disposition alternée et comportant un bord lisse 33 et un bord dentelé 34. Les pales 31, 32 sont montées coirune les palettes 26 sur une bague 33 réglable on position le long de l'arbre 2 et elles sont reliées par un anneau de garde 4o. Les moyens de refoulement, comprennertune hélice 5, du genre hélice de propulsion marine, dont l'axe de poussée est dirigé vers l'orifice de sortie 6 de l'enceinte 1, et dont les pales 36 ont un profil concave, la concavité étant dirigée vers l'amont. Sur l'extrémité libre de l'arbre 2 en aval de l'hélice 5 est fixé un racloir 16 à branches radiales souples 37 montées sur un noyau 38 ajustable également en position le long de l'arbre 2. Les branches 37 sont de préférence réalisées en polytétrafluorét lène et sont en contact avec la paroi intérieure de l'enceinte 1. La goulotte d'éjection 7 a la forme d'un cône de révolution d'une ouverture au sommet de 70 environ. Elle est raccordée par un joint souple non figuré au pourtour circulaire de l'enceinte 1 et maintenue par un système d'attaches rapides 17, au nombre de trois au moins, par exemple des attaches du type à genouillère. L'équipement est complété par un arceau 41 entourant le moteur 11 et pourvu d'anneaux de manutention 42 permettant la suspension de l'appareil à des cibles de treuil analogues. La mise on oeuvre de l'appareil pour la préparation de mélanges moussants polymérisables à partir de plusieurs consti- tuants est la suivante. L'arbre 2 étant ntratné par le moteur 11, on injecte, par la buse d'admission 8, une solution acide dénommée de façon courante durcisseur ou catalyseur. Par la buse 9 on introduit un mélange composé, à titre d'exemple, d'une résine phénolique additionnée d'excipients de moussage. Les organes de dispersion 3, par l'action tues ailettes 26 tendent à pulvériser par projection contre les parois de l'enc-in- te 1 les produits introduits par la buse 8. Les organes d'homogénéisation 4 tendent a répartir le produit visqueux introduit par la buse 9 en provoquant une turbulence telle que les molécules de ce produit soient mises trais rapidement au contact du produit introduit par la buse 8. La réaction ainsi amorcée se poursuit dans le volume 43 compris entre les organes i et l'hélice 5, cet espace jouant le rôle d'une chambre de réaction L'hélice 5, grtce à la forme de ses pales 36 dont la concavité est tournée vers l'amont, favorise le moussage du mélange par succion en même temps quelle exerce par la face aval des ms-os pales 36 une poussée en direction de l'orifice de sortie 6. Le racloir 16, balaie de façon continue la paroi de l'enceinte 1, et empOche l'accumulation du mélange moussant. La goulotte tronconique 7 ayant une ouverture au sommet d'environ 70, dans l'axe de développement de hélice 5, la génératrice du c8ne 7 fait avec la génératrice de l'enceinte 1 un angle d'environ 35, qui a été déterminé en vue de ne pas entraver les phénomènes d'expansion naturelle du mélange moussant et pour ne comprimer ce mélange que pendant le minimum de temps, et diriger son éjection vers le récipient qui doit le recevoir. Dans ses applications, l'appareil conforme à la présente invention convient particulièrement pour la préparation et pour la distribution de mélanges moussants, notamment de mélanges polymérisables, dont la formation s'accompagne d'une rapide expansion de volume ou d'un brusque changement de viscosité entratnant un durcissement presque instantané du mélange résultant (cas de certaines mousses à base de résines phénoliques par exemple). Cet appareil permet de réaliser en une seule opération, dans un temps très court et sans altération des produits, des mélanges moussants homogènes, qui sont éjectés de façon continue, dans la direction voulue selon l'orientation donnée à l'axe de la goulotte tronconique 7. Il est évident que l'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite et qu'on peut y apporter des variantes d'exécution. En premier lieu, si les organes mélangeurs 3 et 4 doivent Stre situés au voisinage immédiat des buses 8 et 9 respectivement et, de préférence, immédiatement au-dessous des orifices d'accès, l'écartement relatif des organes 3, 4 d'une part, 5 et i6 d'autre part1 peut Entre modifié en fonction de la viscosité des produits réactionnels. A titre de variantes possibles, notamment lorsque les réactions chimiques à réaliser sont plus complexes ou lorsquton mélange des constituants en poudre avec des liquides, l'appareil peut comporter plusieurs buses 8 d'admission du durcisseur ou du catalyseur et plusieurs buses 9 pour les résines ou des produits pulvérulents. Ces buses peuvent alors Entre montées ortho. gonalement à la surface de l'enceinte 1, ou inclinées obliquement par rapport à la normale en leur point d'implantation, afin de provoquer un brassage plus intense des constituants dès leur entrée dans l'enceinte 1. Les buses situées à un mOme niveau peuvent être diamétralement opposées ou former entre elles un angle droit par exemple. D'une manière générale, l'appareil objet de la présente invention convient pour toute application dans laquelle on veut préparer et distribuer un mélange tel que la réaction qui le produit engendre une rapide augmentation de volume, un brusque changement de viscosité ou un durcissement presque instantané du mélange, circonstances qui rendent nécessaire l'extrusion en continu du produit de la réaction. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la préparation et la distribution do mélanges moussants, notamment en cours de polymérisation, comportant une enceinte avec au moins un orifice d'accès pour les constituants du mélange, un orifice de sortie pour le mélange formé et des organes rotatifs logés dans cette enceint, caractérisé on ce que les organes rotatifs comprennent d'une part des organes mélangeurs et d'autre part des moyens de refoulement du mélange vers l'orifice de sortie, lesdits organes mélangeurs et les moyens de refoulement étant échelonnés dans l'enceinte entre l'orifice d'accus et l'orifice de sortie. 2. Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé on ce que les organes mélangeurs comprennent des moyens pour la dispersion des constituants du mélange. 3. Appareil conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de dispersion comprennent un ensemble de palettes radiales montées sur un arbre moteur logé dans l'encein- te. 4. Appareil conforme å la revendication 3, caractérisé on ce que les palettes présentent un bord amont rectiligne et un bord aval incurvé. 5. Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé on ce que les organes mélangeurs comprennent dos moyens pour homogénéiser le mélange des constituants. 6. Appareil conforme à la revendication 5* caractérisé en ce que les moyens pour homogénéiser le mélange comprennent un ensemble do pales dissymétriques montées sur un arbre moteur logé dans l'enceinte, ces pales présentant une disposition alterné autour de l'arbre précité. 7. Appareil conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les pales des moyens d*homogénéisation comportent un bord lisse et un bord dentelé. 8. Appareil conforme à lune des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de refoulement du mélange comprennent une hélice portée par un arbre moteur logé dans l'enceinte. 9. Appareil conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que l'axe de poussée de l'hélice est dirigé vers orifice de sortie de l'enceinte. 10. Appareil conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les pales de l'hélice ont un profil concave la concavité étant dirigée vers l'amont. 11. Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprends échelonnés sur un ms-e arbre moteur logé dans l'enceinte, des moyens pour disperser les constituants du mélange, des moyens pour homogénéiser ce mélange et des moyens pour refouler le mélange vers orifice de sortie. 12. Appareil conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que l'arbre moteur est guidé dans des paliers portés par cette enceinte du cOté opposé à l'orifice de sortie du mélange moussant et en ce que l'extrémité de cet arbre, située au voisinage de cet orifice, est libre. 13. Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 12 pour la distribution de mélanges moussants polymérisables, dans lequel les organes mélangeurs comprennent des moyens de disper sion et des moyens d'homogénéisation, caractérisé en ce que l'échelonnement des organes mélangeurs sur 11 arbre moteur est tel que l'orifice d'accès pour l'introduction du durcisseur soit situé en amont des moyens de dispersions et l'orifice d'accès pour l'introduction de la résine en amont des moyens d'homogE- néisation. 14. Appareil conforme à l'une des revendications i à 13, pour la distribution de mélanges polymérisables, caractérisé en ce que l'espace entre les organes mélangeurs et l'hélice de refoulement correspond au volume de la chambre de réaction nécessaire pour l'exécution dtune partie de la réaction de polymérisation. 15. Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 14, dans lequel les moyens de refoulement du mélange sont portés par un arbre moteur en porte-à-faux dans l'enceinte, caractérisé en ce que l'extrémité libre de cet arbre porte un racloir à branches radiales dont les extrémités sont en contact avec la paroi de l'enceinte. 16. Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 15, caractérisé on ce qu'il comporte une goulotte conique d'éjection du mélange montée de manière amovible sur l'enceinte et dont la partie rétreinte forme l'orifice de sortie du mélange. 17. Appareil conforme a l'une des revendications 1 a 16, caractérisé en ce que l'enceinte présente une surface intérieure cylindrique lisse. 18. Appareil conforme à l'une des revendication i à 17, caractérisé on ce qu'il s'applique particulièrement pour préparer des mélanges en rapide expansion de volume ou à durcissement presque instantané.