Brevet FR2225258A1 — publié le 19741108

La présente invention concerne un procédé de traitement de matières pulvérulentes ou granuleuses, notamment pour la préparation des matières plastiques avant leur transformation. L'invention concerne également un dispositif se rapportant à ce procédé. On connaît des procédés de préparation des matières plastiques avant leur transformation, ayant pour but d'amener à une température déterminée une masse granuleuse ou pulvérulente de matière thermo-plastioue ou thermo-durcissable destinée, par exemple, à passer dans une filière d'extrusion ou dans un moule. En général, les filières d'extrusion sont alimentées par des presses à vis, assurant un débit sensiblement continu. Le moulage s'opère souvent par injection à l'aide d'une presse fonctionnant par intermittences, pour éjecter à chaque opération une dose de matière correspondant à la capacité des moules à desservir. X les presses d'extrusion et d'injection sont souvent dotées de moyens de chauffage puissants, constitués par exemple de résistances électriques disposées sur les parois à chauffer qui sont protégées vers l'extérieur au moyen de matelas isolants. Suivant les conditions prévues au cycle de fabrication, la puissance du chauffage est réglée automatiquement au moyen de sondes -thermoélectriques placées en divers points des machlnes ou de la masse de matière à traiter. Ces conditions de chauffage dépendent no taraient de la nature des matières plastiques, de la présence de certains additifs plastifiants plus ou moins volatils, et du débit des machines. L'expérience montre que la qualité régulière des pièces ainsi réalisées, ainsi que les possibilités d'augmentation des cadences de fabrication, dépendent largement de la précision du chauffage préalable de la matière plastique. Il faut essentiellement obtenir la répartition très régulière d'une température précise au sein de la matière à traiter. Or cette répartition régulière est difficile à assurer avec les tolérances requises pour des matières plastiques de haute qualité, ou des pièces de grandes dimensions, surtout si on cherche à augmenter le débit. -'n effet, les pièces importantes correspondent à une masse assez considérable de matière première plus délicate à chauffer uniformément à travers les parois des presses. Quant aux matières plastiques de haute qualité, elles nécessitent souvent une tem pérture de préparation élevée, pouvant approcher 300 par exemple dans le cas des super-polyamides du genre "Rilsan". Tout excès de température se traduit par une transformation prématurée du matériau, en général irréversible et préjudiciable à la qualité des pièces moulées ou extrudées. En outre, il peut en résulter des dégagements gazeux nocifs pour le personnel. Toute insuffisance de température provoque des anomalies de viscosité nuisibles au remplissage régulier des filières ou des moules, et à la qualité des pièces terminées. Entre ces'deux limites de température, les marges sont seulement de quelques dizaines de degrés centigrades. Ces conditions se traduisent par des limitations et des aléas touchant à la fois 1 qualité des fabrications et la facilité de fonctionnement des machines. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, en permettant d'améliorer sensiblement les conditions d'emploi des matières thermo-plastiques ou thermo-durcissables, pour réaliser des pièces de haute qualité sur des machines à grand débit. Selon l'invention, le procédé de traitement de matières granuleuses ou pulvérulentes, notamment pour la préparation des matières plastiques avant leur transformation, est caractérisé par les étapes suivantes - on soumet les matières à traiter à l'effet de diffusion d'un courant gazeux qui les traverse pour constituer un lit fluidisé ; - on règle le débit et la température du courant gazeux suivant le débit des matières à traiter et la température désirée pour leur traitement ; - on recuéille les matières traitées et on les rassemble en vue de leur transformation. la circulation du courant gazeux > travers les matières à traiter provoque un brassage intense, très favorable à la répartition régulière d'une température déterminée. Jelle-ci est régime pour Qtre assez proche pr exemple du début de la fusion pâteuse des particules. Il surit ensuite d'y apporter une qv,rtnt;ité de chaleur limitée, pour obtenir les meilleures conditions possibles en vue de la fabrication des pièces. Selon un mode de réalisation préféré du procédé de traitement, on règle les opérations précitées pour réaliser un écoulement sensiblement constant des matières ; cet écoulement est assuré par gravité ; on utilise une enceinte pour contenir les matières à traiter, et on chauffe les parois de cette enceinte au moyen du courant gazeux : on assure la circulation de ce courant gazewY sensiblement à l'inverse du sens d'écoulement des matières à traiter. Comme on le verra ci-après, ces dispositions améliorent l'efficacité et la commodité d'emploi du procédé de traitement conforme à 11 invention. Selon l'invention également, le dispositif destiné notamment à l'application du procédé précité est caractérisé en ce qu'il comporte un récipient de traitement à double paroi constituant une enveloppe creuse dont la paroi interne présente dans sa partie inférieure en position de service une section pourvue d'orifices de passage, section ci-après dénommée "fond ajouré", des moyens étant par ailleurs prévus pour entretenir un courant gazeux dans l'enveloppe et à travers le fond ajouré, et pour régler le débit et la température du courant gazeux suivant le débit des matières et la température désirée pour leur traitement. Cette disposition simple permet d'appliquer efficacement le procédé précité. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif conforme à l'invention, le récipient en position de services comporte à la partie supérieur0 un orifice d'entrée des matières à traiter disposé sensiblement à l'aplomb du fond ajouré, et à la partie inférieure un orifice de sortie des matières traitées, cet orifice de sortie étant situé à un niveau inférieur à celui du fond ajouré et relié à celui-ci par une surface régulière inclinée ; 1' envelop- pe du récipient sert au passage du courant gazeux , et communique avec l'intérieur du récipient par le fond ajouré. Comme on va le voir, ces dispositions de structure améliorent l'efficacité et la commodité d'emploi du dispositif conforme à l'invention, en permettant notamment un réglage précis et constant de la température de traitement, et du débit de la matière traitée. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description de deux modes de réalisation de l'in-vention, présentés ci-après à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la Figure 1 représente schématiquement l'application de l'invention à l'alimentation d'une presse d'extrusion ; - la Figure 2, analogue à la Figure 1, représente l'application de l'invention à une presse d'injection - la Figure 3 est une vue en coupe détaillée d'un mode de réalisation perfectionné de l'invention, applicable aux presses des Figures 1 et 2. On va décrire la mise en oeuvre de l'invention (Figure 1) dans le cadre d'une installation de transformation de matière plastique M, composée de granulés de calibre sensiblement constant. De façon connue, l'installation comprend une presse à extrusion PI, formée d'un corps cylindricue dans lequel tourne une vis V assurant à chaud l'injection sous pression de la~m tière fluide dans une filière de profilage F. Entre la source (non figurée) de la matière granulée M et la presse P1 est monté le dispositif de traitement préalable conforme à l'invention. ge dispositif comporte un récipient 1, par exemple en tôle d'acier inoxydable, à double paroi constituant une enveloppe creuse. La paroi interne 2 présente dans sa partie inférieure une section 2a pourvue d'orifices de passage dont le calibre est sensiblement inférieur à celui des granulés de la matière à traiter M. ette section 2a est dénommée ci-après "fond ajouré". Un ventilateur électrique 5 permet d'entretenir suivant les flèches F1-F2 un courant d'air chauffé au moyen d'une résistance électrique 4. La vitesse du ventilateur 3 peut être réglée, grâce à une commande variable C1, qui permet de modifier le débit du courant d'air chaud. la puissance calorifique de la résistance 4 est réglable, au moyen d'un potentiomètre C2, pour faire varier à la demande la température du courant d'air chaud qui traverse le fond ajouré 2a. Le récipient 1 comporte à la partie supérieure un orifice d'entrée 5, pour la matière à traiter M, disposé sensiblement à l'aplomb du fond ajouré 2a. Celui-ci est relié, par une surface régulièrement inclinée, à un orifice de sortie 6, situé à un niveau inférieur à celui du fond ajouré 2a. l'orifice c'e sortie 6 communique avec la presse à extrusion Pî. Conformément au procédé de traitement visé par l'invention, on introduit par gravité la matière granuleuse M, par l'orifice d'entrée 5. le courant d'air chaud provenant du fond ajouré 2a s'échappe par l'orifice 5, en sens inverse de l'écoulement de la matière à traiter M. Sous l'effet de ce courant d'air chaud, la matière M tombe en pluie, s'étale sur le fond ajouré 2a, et y constitue un lit fluidisé, en agitation permanente. tale perd toute trace d'humidité, et s'échauffe rapidement et de manière très homogène. L'agitation provoquée par le courant d t air chaud qui traverse la matière M au-dessus du fond ajouré 2a, et l'inclinaison régulière de la paroi interne 2, entre le fond ajouré et l'orifice de sor tie 6, facilitent l'écoulement régulier de la matière traitée MI. Une sonde thermométrique 1, reliée à un indicateur (non représenté) permet de contrôler la température de la matière traitée cette température peut étre réglée au moyen de la commande de débit Cl et de la commande de chauffage C2 du courant d'air chaud. En amont du fond ajouré 2a, le courant d'air chaud sert à maintenir la paroi interne 2 à une température légèrement supérieure à la tempérfture de traitement de la matière Irai. Du fait de sa propre circulation et du chauffage des parois internes 2, la matière traitée Ml est maintenue à la température convenable avec de très faibles écarts internes. Suivant la nature des matières plastiques pouvant être soumises au procédé de traitement conforme à l'invention, cette température est comprise entre 15005 et 30t9 C environ. lies doyens précités de chauffage, de contrôle et de réglage p-rmettent une précision de l'ordre de quelques degrés centésimaux. On peut ainsi assurer sans altération le dégazage complet de la matière traitée Ml, et lui donner, de manière homogène, la fluidité souhaitée pour son écoulement par gravité à travers l'orifice 6, pour alimenter la presse d'extrusion P1. Si le régime de fonctionnement de la presse P1 est relativement régulier, on peut règler l'ensemble des opérations précitées pour obtenir un écoulement sensiblement constant de la matière plastique, entre l'orifice d'entrée 5 et l'orifice de sortie 6 du récipient 1. Dans celui-ci, le niveau V de matiere traitée M1 peut alors être maintenue à une hauteur sensiblement constante, notamment pour faciliter l'utilisation de la sonde thermométrique T1. La presse d'extrusion PI (Figure 1), alimentée en matière plastique MI traitée comme il vient d'entre dit, comporte un système de chauffage réglable au moyen d'une commande C3 (Figure pour compenser les pertes, et porter la matière plastique M2 contenue dans la presse à la température finale souhaitée pour sa transformation. Cette température finale est légèrement supérieure, par exemple de 2O0C, à la température de la matière Ml sortant du récipient 1. La presse P1 comporte un revêtement calorifuge (non représenté), pour réduire les pertes. Une sonde thermométriaue T2 permet de contrtler la température finale de la matière fluide M2. Le procédé de traitement conforme à l'invention permet d'alimenter la presse P1 en matière traitée Mi de qualité constante et homogène. La puissance nécessaire au chauffage de la presse P1 est réduite de manière importante. L'invention permet d'augmenter sensiblement le débit de la presse, car le délai nécessaire à l'échauffement final de la matière M2 devient très court. La puissance absorbée par la vis d'injection V est également réduite, car la fluidité initiale de la matière traitée Ml facilite le travail de la vis V. Trace à l'invention, on élimine dans la matière plastique M2 prête à être transformée les anomalies locales et les écarts de température provenant jusqu'alors d'un chauffage trop puissant ou d'un travail excessif de la vis V. La préparation homogène et précise de la matière M2, sans risque de surchauffe ou de fluidité insuffisante, assure une excellente qualité de fabrication et permet une cadence élevée de production. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modalités de réalisation qu'on vient de décrire à titre d'exemple, et on peut y apporter de nombreuses variantes sans sortir du domaine de l'invention. Ainsi, pourlloaliser l'alimentation d'une presse à piston P2 (Figure 2), la mise en oeuvre du procédé de traitement conforme à l'invention correspond sensiblement à ee qui vient d'entre dit. Il en va de mEme pour le dispositif correspondant. la presse P2 fonctionne suivant un cycle alternatif, pour éjecteur par une buse -d 'injection une dose de matière M2 prête à etre transformée dans des moules (non représentés). Le mouvement du piston de la presse P2 provoque une fluctuation du niveau de matière traitée Ml dans le récipient 1. Pour une presse P2 de dimensions courantes, la différence entre-le niveau supérieur N1 et le niveau inférieur N2 correspond à quelques kilos de matière traitée Mi. Suivant une variante particulièrement intéressante de l'invention, il est prévu (Figure 3) de soumettre à un chauffage séparé la matière Ml qui a déjà subi l'effet du courant gazeux provenant du fond ajouré 22a, analogue au fond ajouré 2a des Figures I et 2. Ce chauffage séparé est réglé pour réaliser une température différente de celle obtenue sous 11 effet du courant d'air chaud. On voit sur le récipient de traitement 21 de la Figure 3 les sondes ther > mométriques T4 et T5 qui permettent de conter ces températures. Par rapport aux récipients décrits en référence aux Figures 1 et 2, le récipient 21 de la Figure 3 comporte encore plusieurs organes complémentaires. L'enveloppe du récipient 21 est formée de deux chambres. la chmbre située à la partie supérieure du récipient sert au passage du courant d'air chaud qui traverse le fond ajouré 22a. Une sonde thermométrique U3 permet de contr8ler la température du courant gazeux en amont du fond ajouré 22a, notamment pour régler avec plus de précision la température de la paroi interne 22 chauffée par ce courant d'air chaud. A la partie inférieure du récipient 21, dans la zone de l'orifices de sortie 26, la deuxième chambre de l'enveloppe sert au passage d'un courant de vapeur, dont le débit est réglé au moyen d'une commande C4, agissant sur une vanne d'admission. Une sonde thermométrique T6 sert à contrôler la température du courant deulpeur en amont de la deuxième chambre, notamment pour régler avec précision la température de la partie inférieure 27 de la paroi interne de l'enveloppe ; la température de la matière traitée MI prote à s'écouler dans la presse Pt par l'orifice de sortie 26, est contrôlée par la sonde T5. Le récipient 21 comporte un système d'alimentation 28 à distributeur vibrant, associé à l'orifice d'entrée 25, à llaplomb du fond aJouré 22a, et comportant une commande C5 de régime variable, pour régler le débit d'entrée de la matière à traiter M. Les moyens complémentaires qu'on vient de décrire permettent d'améliorer le réglage du débit de la matière à traiter M, et de rendre encore plus progressive sa montée en température dans le récipient 21. On peut ainsi modérer l'échauffement provoqué par le courant d'air chaud traversant le fond ajouré 22a, et maintenir plus facilement la température de la matière traitée MI, prote à s'écouler par l'orifice de sortie 26. Le chauffage séparé de la partie inférieure 27 de la paroi interne, permet damé- nager une capacité relativement importante, entre les niveaux extrêmes 3 et In14, pour alimenter la presse P1 en régime discontinu. Pour une matière plastique M du genre superpolyamide, on règle les températures de traitement, comme il vient entre dit, pour obtenir une température (T4) de l'ordre de 2500C dans la zone supérieure du récipient 21. Au moyen de la commande C4, on règle à 28000 environ la température (T5) de la matière traitée MI en amont de l'orifice de sortie 26. On règle enfin le système de chauffage d'appoint de la presse PI, au moyen de la commande C3 la température d'injection de la matière M2 (T2) est ajustée sensiblement à 300 C, par exemple, dans le cas indiqué. Pour éviter toute trace d'oxydation de certaines matières délicates, et supprimer la pollution des ateliers, on peut utiliser un gaz neutre, tel que l'azote, pour réaliser le courant chaud traversant le fond ajouré 22a. Le système correspondant peut alors fonctionner en circuit fermé, en légère surpression, avec une évacuation automatique des fuites. L'alimentation en matière brute M peut alors s'effectuer avec un dispositif étanche, à vis, à sas, ou à godets. Un distributeur vibrant, analogue au distributeur 28 de la Figure 3, peut alors être installé à l'intérieur du récipient. Pour obtenir des cycles de traitement et de fabrication rapides, précis et sans aléas, il est intéressant de grouper et de combiner entre eux les indicateurs de température et les organes de commande de chauffage variable qu'on a décrits en référence aux Figures I à 3. On peut réaliser ainsi, grâce à l'invention, une régulation thermostatique du traitement, asservie au débit demandé par les machines de production. REVENDICÂTTONS 1. Dispositif pour le traitement matières granuleuses ou pulvérulentes, notamment pour la préparation des matières plastiques avant leur transformation, ce dispositif comportant à sa partie supérieure en position de service un récipient pourvu d'un orifice d'entrée des matières à traiter et à sa partie inférieure d'un orifice de sortie des matières traitées, caractérisé en ce que le récipient comporte une double paroi constituant une enveloppe creuse dont la paroi interne présente dans sa partie inférieure une section pourvue d'orifices de passage, section ci-après dénommée "fond ajouré", l'orifice d'entrée précité se trouvant sensiblement à l'aplomb de ce fond ajouré, et celui-ci se trouvant à un niveau supérieur à celui de l'orifice de sortie et relié à cet orifice de sortie par une surface régulière inclinée, des moyens étant par ailleurs prévus pour entretenir un courant gazeux dans l'enveloppe et à travers le fond ajouré, et pour régler le débit et la température du courant gazeux suivant le débit des matières et la température désirée pour leur traitement. 2. Dispositif conforme a' la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe du récipient comporte deux chambres séparées, l'une de ces chambres servant au passage du courant gazeux et communiquant avec l'intérieur du récipient par le fond ajouré, l'autre chambre étant situé dans la zone de orifice de sortie et comportant des moyens de chauffage réglable pour régler la température de sortie des matières traitées, ces moyens be chauffage étant indépendants du courant gazeux précité. 3. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser un écoulement sensiblement constant des matières. 4. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le récipient comporte un système d'alimentation à distributeur vibrant associé à l'orifice d'entrée des matières à traiter, ce distributeur vibrant étant disposé sensiblement à l'aplomb du fond ajouré et comportant une commande de régime variable pour régler le débit des matières à traiter.