Brevet FR2243071A1 — publié le 19750404

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour#la fabrication par extrusion d'une matière plastique à fort retrait, telle que le polyéthylène par exemple, de profilés creux pourvus de parois intérieures de renforcement subdivisant l'intérieur des profilés en des chambres s'étendant dans le sens longitudinal de ceux-ci, la matière synthétique étant extrudée par une tette de filière et à travers une torpille, dans une zone de calibrage et de refroidissement, 5 La fabrication de ce genre de profilés en matière plastique dans un procédé d'extrusion se heurte à de grosses difficultés en raison du retrait important de la matière plastique utilisée.Le polyéthylène subit, par exemple, au refroidissement un retrait de 4 et 57o, et dans des cas défavorables mtme de 6%, et, de plus, il est mauvais conducteur de la chaleur. On a déjà proposé d'extruder des profilés creux en polyéthylène, la surface extérieure du profilé étant refroidie et étant calibrée pendant le refroidissement par exemple à l'aide d'une dépression agissant sur la surface extérieure du profilé et tendant à maintenir sa section transversale à la forme voulue. Dès que l'intérieur du profilé est subdivisé par les renforcements susmentionnés en des chambres qui s'étendent dans le sens longitudinal, il est possible, il est vrai de refroidir, de manière connue, la surface extérieure du profilé et de maintenir, pendant le refroidissement la forme de sa section trans- versale par une dépression, toutefois, le refroidissement n'intéresse pas les renforcements intérieurs qui refroidissent beaucoup plus tard en sorte que d'une part ces renforcements intéurs qui sont encore à l'état plastique s'affaissent sous l'effet de leur propre poids ce qui empoche que soit conservé le profil produit pendant l'extrusion, alors que par ailleurs le refroidissement tardif, par rapport à la paroi extérieure, des renforcements intérieurs provoque par suite du retrait des renforcements, le fléchissement vers l'intérieur de la surface extérieure du profilé durci, ce qui conduit à une déformation nettement apparente de la face extérieure du profilé. Afin d'augmenter la résistance au flambage et à la flexion de profilés creux en matière plastique, il est souhaitable de disposer à l'intérieur du profilé creux des renforcements de telle manière que ceux-ci puissent transmettre des efforts de trac- tion d'une face latérale du profilé à la face latérale opposée. Mais en règle générale, ceci présuppose que ces renforcements qui transmettent les forces de traction ne sont pas seulement droits mais s'étendent également dans une direction prédéterminée. Or, il est apparent que ces conditions ne peuvent pas titre respectées si les renforcements intérieurs, de m#me d'ailleurs que la paroi latérale extérieure du profilé se defonxrtde la manière décrite ci-dessus. On a déjà essayé de refroidir l'intérieur d'un profilé creux extrudé par de l'air, sans toutefois que ces essais aient pu conduire à un résultat valable. Il s'est avéré que le refroidissement par air de l'intérieur du profilé creux nécessite d'une part une vitesse élevée de l'air et d'autre part conduit à une aspiration à l'intérieur du profilé qui est plus fort que la dépression utilisée pour le calibrage, en sorte que les profilés s'effondrent avant le refroidissement. Le refroidissement par air d'une part et le calibrage sous dépression d'autre part s'excluent mutuellement. C'est la raison pour laquelle on a déjà également essayé de refroidir par l'intérieur des profilés creux extrudés avec un mélange air-eau, l'eau étant introduite dans une quantité équivalente à celle qui s'évapore par le refroidissement, car on pensait ne pas pouvoir évacuer d'une autre manière l'eau de l'intérieur du profilé. Afin d'éviter une influence néfaste du vide on a disposé, dans ces essais, l'emplacement du jet de mélange d'air et d'eau après la zone servant au calibrage par le vide.Mais, dans le cas de profilés à renforcements intérieurs, cela avait pour conséquence que lesdits renforcements sont refroidis trop tardivement, en sorte que le profilé de renforcements s'affaissait et qu'il n'était pas possible, de ce fait, de produire un profilé dont la section transversale avait l'allure souhaitée. Dans la production de profilés creux par extrusion d'une matière plastique, on a également proposé de soutenir le profil dans la zone de calibrage et de refroidissement non pas à partir de l'extérieur mais à partir de l'intérieur, et cela à l'aide d'un bouchon ou d'un mandrin suiveur qui est disposé dans le profilé creux, dans le voisinage de la zone de calibrage et de refroidissement, et est fixé à la torpille à l'aide d'une chaine ou d'une tige. Dans ce procédé connu on travaille avec une surpression intérieure afin de conserver le profil.Mais dans ce procédé, on peut obtenir seulement un calibrage extérieur lissant du profil et non un calibrage intérieur de stabilisation de la forme d'un profilé creux pourvu de renforcements intériéurs, car le refroidissement intérieur rend nécessaire la présence d'une section transversale dégagée pour le passage du milieu de refroidissement, la prbsence du bouchon ou du mandrin suiveur n'autorisant pas de disposerd'unetelle section transversale dégagée. Si l'on veut fabriquer un profilé creux à renforcements intérieurs du genre décrit, il n'est pas possible de renoncer à un calibrage par dépression agissant de l'extérieur. Pour la fabrication de profilés creux à-renforcements intérieurs par extrusion d'une matière plastique à retrait important, on a déjà proposé d'extrader les renforcements intérieurs d'abord à des dimensions en excès de façon à éviter, lors de l'application d'un refroidissement extérieur pur, une déformation du profilé extrudé, après refroidissement de sa paroi extérieure, car par le retrait des renforcements intérieurs les dimensions excédentaires des renforcements disparaissent et les renforcements obtiennent, par contrainte, la forme voulue. Toutefois, les tensions ainsi produites dans la matière constituent un inconvénient lors de l'utilisation des profilés ainsi réalisés, car elles sont l'équivalent d'un danger de rupture prononcé.Si l'on soumet de tels profilés creux à des sollicitations élevées, telles que celles qui se présentent par exemple dans le cas de poteaux de signalisation, de supportsde panneaux de signalisation routiers, ou de tiges pour slalom, il faut souvent s'attendre à des cassures. Mais c'est précisément pour ce genre d'utilisation que se preste particulièrement bien un profilé creux à renforcements intérieurs, car il résiste à des charges de flambage élevées et présente par ailleurs un faible poids, et par voie de conséquence,il nécessite une faible quantité de matière pour sa fabrication. Dans le cas de tiges à zonesde couleurs différentes telles que par exemple de tiges de slalom, il est souvent souhaitable de pouvoir assembler par soudage ou par rapprochement les tiges à partir de portions de tiges de couleurs différentes. Le soudage par rapprochement ou soudage bout à bout présuppose toutefois une section transversale de forme très précise des différents éléments à assembler, en sorte que pour ce domaine d'application il est nécessaire de pouvoir disposer d'un procédé de fabrication permettant de maintenir avec précision la forme choisie pour la section transversale. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de réaliser, avec une matière synthétique présentant un retrait élevé au refroidissement et éventuellement de faible conductibilité thermique, un profilé creux qui est subdivisé, par des renforcements intérieurs, en plusieurs chambres s'étendant dans le sens longitudinal du profilé, une précision très poussée devant titre assurée pour maintenir la section transversale choisie pour le profilé. Le procédé suivant l'invention est, à cet effet essentiellement caractérisé par le fait que l'axe d'extrusion est faiblement incliné et que l'on injecte dans les différentes chambres, au niveau de la zone de calibrage de refroidissement, et à une certaine distance de la torpille, du liquide de refroidissement sous la forme de jets pulvérisés coniques et à angle aigu, le liquide de refroidissement étant de préférence de l'eau dont la température est avantageusement de l'ordre de 2 C. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisé par le fait que l'axe d'extrusion de la tête d'extrusion, de la torpille et de la zone de calibrage et de refroidissement est faiblement incliné, que les noyaux de la torpille sont chacun traversés par des conduites de liquide de refroidissement isolées thermiquement par rapport assnoyaus,chacune des conduites sortant à l'extrémité des noyaux de la torpille et étant pourvue, à une certaine distance desdits noyaux, d'une tuyère de pulvérisation pour produire un cdne de pulvérisation à angle aigu, et donc inférieure à 90d. Suivant une forme de réalisation avantageuse les tuyères de pulvérisation sont remplaçables. Suivant une variante, l'admission du milieu de refroidissement aux différentes tuyères de pulvérisation est réglable. Suivant une autre variante, l'inclinaison de l'axe d'extrusion est de 11 ordre de 30. Avantageusement, les conduites du liquide de refroidissement pénètrent radialement dans la torpille et sont guidées par les entretoises qui portent les noyaux. Avantageusement, les conduites pour le liquide de refroidissement sont constituées par des tubes métalliques pourvus d'une couche thermiquement isolante, la couche de revêtement étant de préférence faite avec une matière synthétique désignée sous le terme "TEFLON". A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de 1 'Invention. La figure I est une élévation latérale schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, et elle montre la zone de la tête d'extrusion jusqu'à et y compris la zone de calibrage et de refroidissement. La figure 2 est une coupe de la figure 3 suivant la ligne II-II au niveau de la torpille servant à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 3 est une coupe axiale par la torpille. La figure 4 est une coupe transversale d'un profilé creux en matière plastique produit à l'aide de la torpille selon les figures 2 et 3 et avec la disposition selon la figure 1. Le profilé creux en matière plastique tel que représenté dans la figure 4 possède une paroi latérale extérieure de section circulaire 10 et une entretoise intérieure de renforcement en forme de croix désignée par la référence 12 et constituée par deux entretoises 12a et 12b qui se croisent à angle droit à l'intérieur du profilé. Le renforcement intérieur 12 forme quatre chambres 14a, 14b, 14c et 14d. Ce profilé présente l'avantage qui réside dans le fait que lors d'une sollicitation au flambage ou à la flexion, le renforcement intérieur est sollicité en traction et conduit, de ce fait, à une augmentation considérable de la résistance de l'ensemble du profilé pour la fabrication duquel une quantité relativement faible de matière a été utilisée. La condition préalable pour cette résistance élevée au flambage et à la flexion est que les entretoises 12a et 12b relient en ligne droite des portions de paroi opposées de l'enveloppe 10, afin de pouvoir absorber les efforts de traction. Il est également nécessaire de pouvoir obtenir une forme précise du renforcement intérieur 12. Si l'on désir réaliser une structure tubulaire à partir de plusieurs éléments ayant le profil tel qu'il ressort de la figure 4, par soudure par rapprochement, il est nécessaire que les sections transversales de tous les éléments partiels soient absolument identiques afin de permettre la soudure par rapprochement. Le profil représenté dans la figure 4 n'a été choisi qu'à titre d'exemple. On peut imaginer d'autres profils ayant les mimes propriétés ou des propriétés similaires, dans lesquels la section transversale de la paroi latérale se présente sous une forme différente de celle d'un cercle, par exemple sous la forme d'un rectangle ou d'un triangle. Le nombre des entretoises qui forment le renforcement 12 peut varier suivant les nécessités et les exigences posées au profilé. Afin de pouvoir fabriquer avec une matière synthétique à retrait élevé et de mauvaise conductibilité thermique, un profilé du genre décrit ci-dessus par un procédé d'extrusion, et par voie de conséquence avec assez de facilité et en grand nombre, on utilise un dispositif tel que celui représenté dans la figure 1. Dans cette figure , la référence 16 désigne la tête d'extrusion, la référence 18 une torpille d'extrusion telle que représentée dans les figures 2 et 3, la référence 20 désigne un raccord 20 et les références 22a à 22g désignent un certain nombre de pièces de conformation qui sont connues et dont la section transversale intérieure est adaptée à la section transversale extérieure du profilé à réaliser, chacune de ces pièces étant pourvue d'un raccord 24a à 24g au moyen desquelles il est possible d'exercer dans les différentes pièces de conformation une dépression à l'aide de laquelle le profilé extrudé dans la torpille 18 mais non encore refroidi peut être appliqué par sa paroi extérieure contre la paroi intérieure de la pièce de conformation en cause, en vue de la conservation de la stabilité de la forme de la paroi extérieure 10 pendant le refroidissement et en vue de réaliser le calibrage extérieur du profilé creux. Afin d'adapter le dispositif auxcon- disions de travail du ment, la dépression qui règne dans chacune des pièces de conformation est susceptible d'être ajustée individuellement, ce qui est indiqué schématiquement par les instruments de mesure 26a à 26g. Le dispositif tel qu'il est décrit ci-dessus correspond au dispositif connu pour l'extrusion de profilés en matière plastique. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'ensemble du dispositif est toutefois incliné de telle manière que l'axe d'extrusion, désigné par la référence 28, s'in- cline dans la direction d'extrusion indiquée par la flèche 30. L'angle d'inclinaison est de l'ordre de 30. Dans un dispositif qui a été essayé pratiquement, la pente de l'axe de l'extrusion était de 10 cm sur 13m. La torpille 18 est constituée par une bague extérieure 32 à l'intérieur de laquelle sont disposés quatre noyaux massifs 34a, 34b, 34c et 34d pour réaliser un profil du genre du profilé creux représenté dans la figure 4. Dans le voisinage de la bague ou de l'anneau 32, ces noyaux sont maintenus par des nervures ou barrettes 36a à 36d. La direction de l'extrusion est indiquée dans la figure 3 par une flèche 38. Dans cette direction d'extrusion loenoya##34a à 34d s'amincissent d'abord suivant une section conique 40 alors qu'ils se prolongent ensuite par une section sensiblement cylindrique 42. Chacun des noyaux est traversé par une conduite d'eau de refroidissement 44a à 44d, ces conduites s'étendant à travers la bague 32, à travers les barrettes respectives 36a à 36d et à travers les noyaux respectifs 34a à 34d, et elles sortE à l'extrémité aval - de la torpille, étant pourvues, à l'extérieur de celles-ci,de tuyères de pulvérisation échangeables désignées par les références 46a à-46d. En changeant les tuyères on peut d'une part modifier la distance entre leur ouverture de pulvérisation et la face frontale de la torpille associée, ainsi que l'angle au sommet de. chaque c8ne de pulvérisation produit par chaque tuyère. Cette adaptation est nécessaire pour tenir compte des qualités de matières différentes, des épaisseurs différentes des parois et des sections transversales différentes des objets à fabriquer par extrusion.' La disposition la plus favorable est avantageusement établie par des essais. Afin de pouvoir obtenir un produit utilisable, il est très important denepas opFrerde wEroidissement dans la zone voisine de la torpille. Les conduites d'eau de refroidissement 44a à 44b sont, à cet effet, isolées thermiquement par rapport à la torpille, comme cela sera explicité en détail à l'aide de la conduite d'eau de refroidissement 44a. Dans le voisinage de la torpille, la conduite d'eau de refroidissement 44a se compose de deux pièces tubulaires métalliques 48 et 50 qui sont raccordées par un coude 52. Sur chacune de ces pièces tubulaires 40 et 50 est montée une douille isolante 54, 56 qui se racco#fftpar aboutement sans soudure, comme cela est indiqué en 58. Il s'est avéré que cette réalisation donne entière satisfaction. Si le refroidissement du profilé creux extrudé est opéré avec de l'eau de refroidissement à 20C, aucun refroidissement, non souhaitable, de la torpille n'intervient. En cours de fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus, du polyéthylène par exemple est extrudé à l'aide d'une extrudeuse habituelle, et la matière est refoulée à travers la torpille 18, en sorte Qu'a l'arrière de la torpille 18 se déplace à travers le dispositif à un profilé creux dont la section transversale correspond à celle donnée dans la figure 4. La paroi laté rale 10 du profilé creux est maintenue dans la forme voulue, à l'intérieur des pièces de conformation 22a à 22g, grace à la dE- pression, alors, qu'à une distance appropriée å l'arrière de la torpille 18 un cdne d'eau de pulvérisation à 20C arrose les parois dans chacune des chambres 14a à 14d.Le cOne de pulvérisation présente, à son sommet, un angle inférieur à 90- en sorte que l'eau de refroidissement qui tombe sur les surfaces de matière plastique donne naissance à une composante qui agit sensiblement dans la direction d'extrusion 30, composante qui refoule l'eau- contre l'extrémité libre du profil extrudé. Ce mouvement est assisté par la faible pente de l'axe d'extrusion 28, en sorte que l'eau de refroidissement peut sortir à l'extrémité. Il s'est avéré avantageux que l'eau de refroidissement quitte les tuyères de pulvérisation à une pression de 2 à 6 atmosphères différentielles au maximum. Une pression trop faible conduit à un refroidissement insuffisant alors qu'une pression trop élevée produit dans les chambres du profilé creux une aspiration pouvant entraîner la perte de la dépression dans les pièces de conformation 22a à 22g, comme cela a été indiqué dans ce qui précède. Dans le cas d'une section transversale relativement faible des chambres, il est conseillé d'utiliser pour les canes des jets un angle au sommet plus faible ce qui rend nécessaire de rapprocher l'ouverture de sortie des tuyères de la torpille afin que le débit de refroidissement s'opère au même endroit de la zone de calibrage et de refroidissement. Le choix du c8ne approprié, de la pression avantageuse de l'eau de refroidissement et de la position appropriée pour l'ouverture des tuyères d'arrosage peut titre déterminé par des essais, en fonction du profilé creux à réaliser. Il est particulièrement avantageux de pouvoir régler individuellement la pression de l'eau de refroidissement pour chacune des tuyères 46a à 46d, afin de pouvoir compenser des irrégularités au démarrage de l'installation et de pouvoir obtenir un profilé droit et de forme précise. A l'aide du procédé et du dispositif décrit cidessus il est possible de réaliser des profilés extrtmement précis par extrusion d'une matière plastique à fort retrait et faible conductibilité thermique, et pourvus de chambres intérieures s'étendant dans la direction longitudinale, la mise en oeuvre du procédé offrant l'avantage supplémentaire qui réside dans le fait que le refroidissement à l'eau permet d'obtenir une vitesse d'extrusion de 120 m/h, alors que lors de la fabrication de profilés creux simples, avec un refroidissement classique, on ne peut obtenir une vitesse d'extrusion que de 30 m/h. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication par extrusion d'une matière plastique à fort retrait, telle que le polyéthylène par exemple, de profilés creux pourvus de parois intérieures de renforcement subdivisant l'intérieur des profilés en des chambres s'étendant dans le sens longitudinal de ceux-ci, la matière synthétique étant extrudée par une tête de filière et à travers une torpille, dans une zone de calibrage et de refroidissement, caractérisé par le fait que l'axe d'extrusion est faiblement incliné et que l'on injecte dans les différentes chambres, au niveau de la zone de calibrage et de refroidissement, et à une certaine distance de la torpille, du liquide de refroidissement sous la forme de jets pulvérisés coniques et à angle aigu. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise de l'eau comme liquide de refroidissement. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'eau de refroidissement est avantageusement à une température de l'ordre de 2 C. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le liquide de refroidissement est pulvérisé sous une pression de 2 à 6 atmosphères différentielles. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, du type comprenant une torpille faisant suite à la tette d'extrusion et une zone de calibrage et de refroidissement en aval de la torpille, caractérisé par le fait que l'axe d'extrusion (28) la tête d'extrusion (16),deb torpille (18) et de la zone de calibrage et de refroidissement (20, 22a à 22g) est faiblement incliné, que les noyaux de la torpille (34a à 34d) sont chacun traversés par une conduite de liquide de refroidissement (44a à 44d) isolée thermiquement par rapport aux noyaux, lesdites conduites sortant à l'extrémité des noyaux de la torpille et étant pourvues, à une certaine distance de ces noyaux,d'une tuyère de pulvérisation (46a à 46d) pour produire un c8ne de pulvérisation dont l'angle au sommet est inférieur à 90". 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les tuyères de pulvérisation (46a à 46d) sont échangeables. 7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait quelesadmissionsen milieu de refroidissement aux différentes tuyères de pulvérisation (46 à 46d) sont réglables individuellement. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que l'inclinaison de l'axe d'extrusion est de l'ordre de 30. 9. Dispositif suivant L'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que les conduites pour le liquide de refroidissement (44a à 44d) pénètrent radialement dans la torpille (18) et sont guidées à travers des barrettes (36a à 36d) portant les noyaux (34a à 34d). 10. Dispositif suivant ltune quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que les conduites pour le liquide de refroidissement (44a à 44d) sont constituées par des tuyaux métalliques (48, 50) pourvus d'un enrobage constitué par une couche tbermiquement isolante. 11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que l'enrobage (54, 56) est fait avec du TEFLON.