Brevet FR2246377A1 — publié le 19750502

Les unités d'injection des presses à injecter actuelles sont constituées habituellement par une vis d'Archimède pouvant tourner sur elle-meme et coulisser dans un cylindre chauffé. La matière à mouler est introduite dans le sillon de la vis où elle est soumise, du fait de la rotation, à un transfert longitudinel et à un cisaillement dont le taux est fonction de la géométrie de la vis et de la vitesse de rotation. La plastification de la matière est assurée, d'une part, par le chauffage extérieur du cylindre et, d'autre part, par la transformation de lldnergie mécanique de cisaillement en chaleur cui est dégagée à l'intérieur meme de la matières Ce dégagement de chaleur interne ne peut être contrôlé que par le contrôle du taus de cisaillement. Pour une géométrie donnée de la vis, le taux de cisaillement dépend uniquement de la vitesse de rotation. D'autre part, le transfert longitudinal de la matière dépend, lul aussi, de la vitesse de rotation. Si ce transfert est lent, la matière séjourne longtemps dans le cylindre chaud. De nombreuses matières macromoléculaires peuvent subir des mutations chimiques si elles séjournent trop longtemps à une température qui est celle de leur ramollissement. Si on veut accélérer ce transfert, il faut augmenter la vitesse de rotation ce qui augmente le taux de cisaillement et peut conduire à la détérioration de la matière par les surchauffes dans certaines régions de la vis. La présente invention remédie å ces inconvénients tout en permettant de construire une unité d'injection plus robuste et plus économique que les unités à vis. Dans cette réalisation, la vis est remplacée par une simple pièce cylindrique, lisse, mobile, appelée piston d'inJection, pouvant alternativement tourner sur elle-meme ou coulisser à la manière d'un piston dans un cylindre. Ce cylindre comporte trois parties distinctes de diamètres différents communiquant entre elles, disposées les unes à la suite des autres dans l'ordre suivant : A - une zone de compression de la matière brute; B - 7me zone de cisaillement et de plastification; C - un pot d'ina'ection. Une autre pièce annulaire, appelée piston de compression, pouvant coulisser sur le piston atinjection, assure la eomrres- sion de la matière brute dans la première zone (A) et son transfert vers la zone de cisaillement (B). La zone de cisaillement est constituée par deux cylindres coaxiaux, formés par le piston d'injection-(qui peut tourner sur lui-même) et la zone (B) du cylindre (qui est stationnaire), comme dans les viscosimètres de Couette. Le piston dlinjection peut pénétrer de manière étanche dan~ 'e pot d'injection, oll se retirer de ^elui-ci en laissant un passage sous forme de fente, plus pu moins étranglée, à la partie supérieure du pot d'injection. Bes particules de matière brute, introduites-dans l'entre- fer de la zone de cisaillement par le piston de compression, sous une pression réglable, recoivent, du fait de la rotation du piston d'injection, une vitesse circulaire et, sous l'effet de la pression, et grâce à la fente laissée à la partie supérieure du pot d'injection, une vitesse axiale. Le taux de cisaillement de la matière est donc déterminé par la résultante de ces deux vitesses dont chacune est contrôlable indépendamment. Toutes les caractéristiques et particularités de cette machine seront mises en évidence dans le cours de la description suivante, qui donne des exemples de réalisation, nullement limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La fig. 1 représente, en coupe longitudinale, le cylindre avec le piston d'injection et le piston de compression; Les fig. 2 et 5 montrent les deux positions extrêmes que peuvent prendre les deux pistons; Bes fig. 4 et 5 sont des vues de variantes de réalisation de la zone de cisaillement et de plastification; La fig. 6 montre en élévation un exemple d'exécution de la machine objet de l'invention. R.n référence aux dessins, la machine est constituée par un cylindre 1 (fig. 1) comportant une trémie 2 débouchant dans une chambre 3 servant de zone de compression (A) en commwnica- tion avec une cavité cylindrique ou conique 4 constituant la zone de cisaillement et de plastification (B), prolongée par une autre cavité cylindrique 5, formant le pot d'injection (C) dont le fond possède une buse d'injection habituelle 60 Dans l'axe du cylindre 1 est disposé un piston d'injection 7 s d'un diamètre légèrement inférieur à celui du pot d'injec- tion, et d'une longueur suffisante pour pouvoir coulisser a'us- qu'au fond de ce dernier. Un piston de compression 8 est monté à coulissement sur le piston 7. Le piston 8 présente un diamètre légèrement inférieur à celui de la chambre 3 (zone de compression A), afin qu'il puisse se déplacer dans cette dernière pour assurer l'alimentation de la zone de cisaillement et de plastification (B) en matière plastique brute. Indépendant du piston 8, le piston d'injection 7 a deux fonctions bien distinctes, qui s'effectuent alternativement. Il peut tourner sur lui-mEme pour opérer le cisail1 ement et la plastification de le matière plastique dans la zone (B), et ensuite, coulisser à ltintérieur du pot d'injection 5, pour assurer l ' injection. De plus, la zone de cisaillement et de plastification (B) peut présenter aussi une fi me cylindro-conique (Fig. 4) ou bien tronconique (fig. 5), selon la matière ou les mélanges de matières à travailler. Enfin, le piston d'injection 7 est actionné'rotativement par lin moteur 9 (fig. 6), directement ou par l ' intermédiaire d'un réducteur à engrenage 10, et par un vérin 11 qui provoque temporairement son coulïssement. Le piston de compression 8 solidaire d'une traverse 12 montée à coulissement sur des colonnes 13 et 14, est actionné temporairement au moyen de vé15 et 15a. Le fonctionnement de la presse 8 1 effectue de la manière suivante: La matière plastique brute, étant mise dans la trémie 2, s'écoule dans la chambre de compression 3. La descente du piston de compression 8 force la matière å pénétrer dans l'entrefer 4 et ;y maintient la pression. Le piston d' inåection 7 est positionné axialement de manière que son extrémité libre se trouve près de l'entrée du pot d'injection (G), en laissant toutefois un passage SOU8 forme d'une fente h. Cette fente n est réglée suffisamment petite pour qu'elle ne puisse être franchie que par la matière suffisamment fluide . La mise en rotation du piston d'injection 7 provoque le cisaillement de la matière, son échauffement et sa plastifica tion. Lorsque'la matière a atteint une fluidité suffisante, elle est progressivemen-t transférée, sous la pression du piston de compression 8, vers le pot d'injection 5, par la fente h. Quand la quantité de matière plastifiée, accumulée dans le pot d'injection, est suffisante pour assurer l'injection, le moteur arrête la rotation du piston 7, et le vérin 11 pousse ce dernier, qui injecte la matière dans un moule 17 (fig. 3 et 6). Après l'inåection, le piston 7 revient dans sa position initiale (fig. 2), puis le piston de compression 8 revient dans sa position haute pour permettre ltécoulement d'une nouvelle dose de matière brute dans la zone de compression (A). Il est évident que lton pourra modifier de toute façon convenable, la forme et la disposition de tous les éléments qui constituent cette unité, sans pour cela se départir de l'-esprit de l'invention. On pourra aussi adapter à cette machine plusieurs appa reilss de mesure 18, 19 20 et 21, judicieusement placés, pour permettre le contrôle de la fabrication, ou l'etude de la plastification de différentes matières. R E V E N D I C A T I O N S 1) Unité d'injection rour machines à mouler les matières plastiques, caractérisée-ar le fait qu'elle corSporte : un cylindre surmonté d'une trnmie d'ébouchant dans une crambre de compression en communication avec une cavité c71indrieue, conique ou cylin- dro-conique, constituant une zone de cisaillement et de plastification, prolongée par une autre cavité cy1indriaue, d'un diamètre plus faible, constituant le pot d'injectien, dont le fond est pourvu d'une buse d'injection habituelle, reliée à un moule; un piston d'injection, disposé dans l'axe du cylindre, peut alternativement tourner sur lui-même, dans la zone de cisaillement et de rlastification, ou coulisser dans le pot d'injection pour opérer l'injection de la matière fluide dans le moule; un riston réglable, monté à coulissement sur la partie supérieure du piston d'injection, destiné à comprimer la matière brute dans la chambre de compression pour 1e faire pénétrer dans la zone de çisaillement et de Slastification. 2) Unité d'injection selon la revendication 1, caractériséé par le fait que, dans la position haute du piston d'injection, un-faible espace, réglable, est laissé entre son extrémité infé- rieure et le bord du pot d'injection, pour permettre le passage de la matière~dans le pot dtinåection lorsqu'elle est suffisam- ment fluide. 3) Unité dtinåection selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que, sous l'effet de la rotation du piston d'injection et la paroi fixe du cylindre (dans l'entrefer de leur paroi), il se produit non seulement le cisaillement des moléclIles de la matière brute, mais aussi un échauffement qui provoque la fluidité de la matière et son écoulement réglable, sous la pression du piston de compression, dans le pot d'injection, mar l'espace laissé entre l'extrémité du piston d'injection et le rebord du pot d'injection. 4) Unité d'injection selon la reven cation 1, caractérisée par le fait que le piston d'injection a une longueur suffisante pour pénétrer jusqu'au fond du pot d'injection. 5) Unité d'injection selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des vérins appropriés, ainsi qu'un moteur électrique ou hydraulioue, assurent par des commandes manuelles, ou automatiqlles connues, le fonc,ionnement de tous les cycles. Unité d'injection selon la revendication 1, caractérisée par le feit nue les machines comportant cette unité peuvent être verticales ou horizontales. 7) Unité d'injection selon la revendication 1, caractérisée par le fait aue des appareils de mesl3re peuvent lui être adar- tés pour permettre le contrôle de la fabrication ou l'étude de la plastification des matières plastiques.