Brevet FR2246379A1 — publié le 19750502

Les procédés d'extrusion suivant lesquels une extrudeuse ou boudineuse classique alimente en matière thermoplastique une filiège munie d'un orifice ou buse dirigé verticalement vers le bas sont bien connus dans le domaine des machines à mouler par soufflage, dans lesquelLes une paraison fondue est mise en forme de maniè- re å s'adapter à la forme des parois du moule.D'autres extrudeuses font écouler un courant de matière plastique, par exemple à partir de petits ajustages ou filières dirigés vers le bas, dans un bain de refroidissement avec un débit continu: La présente invention concerne les machines à extruder classiques qui sont solidaires d'une chambre étanche dans laquelle le produit extrudé est enfermé jusqu'à ce qu'il atteigne une longueur prédéterminée tandis qu'il est refroidi, le processus d'extrusion étant aLors interrompu. L'invention a principalement pour objet un procédé d'extrusion applicable en particulier aux produits à extruder que lton doit empêcher d'entrer en contact avec une surface soLide quelconque tandis qu'ils sont à ltétat déformable, semi-solide ou fondu, aussi bien pour maintenir la surface susceptible de réagir du produit ex trudé libre de toute contamination que pour éviter de le soumettre à l'action mécanique difficilement contrôlable de guides solides un appareil et un procédé particulièrement appropriés pour des produits extrudés-de section droite arbitraire et de longueur prédéter- minée qui peuvent être fabriqués en troncons discontinus et dans le cas ou la section droite du produit extrudé doit correspondre de fa çon pratiquement identique au contour de ltorifice de la filière. Selon la présente invention, le produit extrudé qui sécoule rers le bas dans la chambre étanche est soumis à une pression qui élimine et supprime la striction progressive de la masse chaude suspendue. La pression à laquelle le produit extrudé est soumis est telle qu'el-le neutralise lteffet de traction net du poids du produit extrudé et les effets de tension superficielle à l'intérieur du produit et est indépendante de la surface de la section droite ou de la forme du produit extrudé. La pression appliquée est fonction uniquement de la longueur du produit extrudé et est accrue de façon com- mandée suivant une relation prédéterminée avec la vitesse d'écoulement longitudinal du produit extrudé jusqu'à ce que ledit produit atteigne une longueur prédéterminée qui est,- au maximum, égale à la longueur de la chambre étanche. Suivant l'invention, on a découvert que : Lorsqu'une longueur prédéterminée de produit extrudé doit être formée de-façon discontinue avec une section droite arbitraire correspondant de façon pratiquement identique à la section droite de l'ouverture de filiere à travers laquelle s'écoule le produit ex trudé, et dans le cas où le produit extrudé ne doit pas entrer en contact avec un solide de façon à empêcher la contamination de la surface chåude, l'extrusion peut être effectuée en laissant stac- croitre la pression dans la chambre étanche à un taux d'accroisse ment prédéterminable qui peut être établi en corrélation avec la vi tesse d'écoulement longitudinal du produit extrudé dans ladite cham- bre, indépendamment de la surface de la section droite dudit pro duit ; lorsqu'on désire obtenir des longueurs discontinues de pro duit extrudé libre de toute distorsion ou déformation, l'utilisation d'une chambre étanche permet d'obtenir simultanément un milieu com- mandé constitué par un fluide inerte approprié- de densité préalable- ment choisie qui peut être mis sous pression avec un gradient déterminable d'accroissement de pression fonction de la vitesse d' écoulement du produit extrudé dans la chambre, et un refroidissement du produit extrudé jusqu'à ce qu'il ait atteint la longueur dési rée :: On a découvert aussi que les extrudeuses classiques peuvent être facilement adaptées pour fonctionner en combinaison avec une chambre étanche qui peut faire partie intégrante de ltextrudeuse, en prévoyant une chambre allongée d'une longueur correspondant à la longueur requise du produit extrudé et qui est susceptible d'être mise sous pression, soit par le déplacement volumétrique à l'inté- rieur de la chambre du fluide correspondant au produit extrudé lui même, soit par l'introduction supplémentaire d'une quantité suffi sante de fluide pour accroitre la pression d'une manière qui neutra lise lteffet du poids en fonction de ltécoulement du produit extrudé. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre. La Fig. unique du dessin annexé donné uniquement à titre d' exemple est une coupe verticale longitudinale d'une extrudeuse du type à piston et cylindre d'injection en communication avec une chambre étanche susceptible d'être mise sous pression, la cammunica- tion étant effectuée par un orifice prévu pour l'écoulement du pro duit extrudé. Dans de nombreux procédés d'extrusion qui utilisent une fi lièvre dirigée vers le bas, la forme finale du produit refroidi nta aucun rapport ou n'a que très peu de rapport avec la section de 1' orifice de la filière. Des exemples de tels procédés sont le soufflage en moule et la formation d'une enveloppe de matière plastique autour d'une bulle d'air. Dans d'autres procédés, la forme du produit extrudé refroidi présente une certaine relation géométrique avec la forme de ltorifice mais n'est pas identique à cette forme. Des exemples de tels procédés d'extrusion sont les procédés de fa brication de tuyaux en matière plastique suivant lesquels une traction appliquée à ltextrêmité froide du tuyau allongeet rétrécit le diamètre du produit extrudé cylindrique qui sort de ltorifice d'extrusion dans une mesure déterminée expérimentalement jusqu'à ce que le diamètre interne et ltépaisseur des parois désirées soient obte- nues de façon constante. La présente invention est limitée aux procédés d'extension dans lesquels le produit extrudé doit être identiquement conforme à la section droite de ltorifice à travers lequel il est extrudé, Plus particulièrement, l'invention est utilisable dans le cas où le produit1Fxtrudé doit être libre de toute contamination et doit évi- ter tout contact avec un solide quelconque pendant qu'il est susceptible de réagir et chaud et dans un état déformable.L'invention est utilisable dans tout procédé suivant lequel le produit extrudé doit être refroidi dans un milieu contrôlé, suivant Lequel des to Sérances faibles doivent être respectées en ce qui concerne la section droite du produit extrudé quelle qu'en soit la forme et suivant lequel la section droite du produit doit être pratiquement identique à celle de ltouverture de la filière.Bien que la longueur du pro duit extrudé ne puisse être supérieure à la longueur de la chambre étanche, on comprendra aisément que les dimensions de la chambre ne sont dictées que par des considérations pratiques Les matières qui peuvent être avantageusement extrudées en utilisant le procédé suivant la présente invention sont notamment des métaux, tels que le titane, qui sont sensibles à la contamination, des polymères thermoplastiques, tels que le Nylon, qui doivent être extrudés pour former des structures résistances ou pour d'au^ tres utjlisations mécaniques, etc. L'invention peut également être avantageusement utilisée pour l'extrusion de macrocristaux uniques de grandes dimensions, de lingots cristallins ou de cristaux en poudre en produits extrudés ayant une section droite prédéterminée, en particulier dans le cas où le produit extrudé doit entre utilisé comme noyau éliminabLe pour le moulage de fluides en fusion à une tem perature inférieure au point de fusion du noyau. Le fluide utilisé pour mettre sous pression la chambre étanche peut être tout fluide qui est essentiellement inerte vis à vis du produit extrudé et qui fournit un refroidissement suffisant de facon å permettre ltenlèvement du produit extrudé dans un état relativement rigide et indéformable. Dans la plupart des cas, il s' avère avantageux d'utiliser un gaz essentiellement inerte en tant qu'agent de mise sous pression. Un tel gaz peut être de l'azote, de lthélium, de l'argon et tout gaz analogue.Les liquides qui peuvent être utilisés sont, notamment, Liteau, les silicones, les huiles minérales, le choix du liquide dépendant à la fois du degré dtinacti- vité nécessaire du liquide vis à vis du produit extrudé et des ca ractéristiques désirées d'échange thermique. L'invention sera décrite spécifiquement de manière détaillée en se référant à un mode de réalisation particulier suivant lequel une masse particulière solide finement divisée de cristaux est ex- trudée vers le bas sous pression pour former un produit extrudé essentiellement exempt de toute déformation.Les cristaux sont, de préférence, constitués par un sel ionique essentiellement exempt de toute humidité ou eau de cristallisation et qui peut être extrudé à une température inférieure au point de fusion de la masse cristalline et sous une pression suffisante pour former une masse polycristalline homogène monobloc, de section droite arbitraire, particulièrement utile pour constituer un noyau éliminable pour le moulage de métaux fondus å une température inférieure au point de fusion du sel extrudé.Des sels particulièrement utiles sont les halogénures odes métaux alcalins et des métaux alcalino-terreux, tels que le chlorure de sodium, le chlorure de calcium, etc. Sur le dessin auquel on se réfèrera maintenant plus particulièrement, on a représenté un mode de réalisation particulier de 1' appareil utilisable pour la mise en oeuvre de la présente invention. I1 est constitué par une extrudence à piston et cylindre d'extrusion classique, actionnée par une presse hydraulique ou mécanique. L'extrusion est effectuée dans un corps cylindrique 1 autour duquel est disposé un four 2 muni de moyens pour chauffer le corps à une température prédéterminée choisie. Des moyens isolants, non représentés sont, de préférence, disposés autour du four 2.Un thermocouple 3 est encastré dans le corps 1 au voisinage de sa paroi interne pour contrôler la température et une filière amovible 4, qui comporte un orifice 5, de forme correspondant pratiquement de façon identique à ia section droite du produit extrudé à former est adaptée au fond du corps 1. Cette filière 4 comporte un dégagement 6 autour de l'o- rifice 5 et le bord 7 est arrondide façon à ne pas déchirer la sur face du produit extrudé. Une chambre étanche 8 comporte une bride 9 venue de matière avec elle et cette bride 9 repose sur une table 10 dans laquelle La chambre étanche 8 est montée de façon amovible. Le corps cylindrique 1 repose sur la bride 9.Une garniture d'étanché- ité 11, de wéférence une rondelle de cuivre de section círculaire, est disposée entre la bride 9 et le dessous de la filière 4 de fa çon à assurer l'étanchéité de la chambre 8, sous pression. Cette chambre 8 est fermée de façon étanche à son extrêmité inférieure par une embase 12 munie de deux trous dont l'un met l'in- térieur de la chambre 8 en communication avec une source de gaz iner te, tel que de l'azote, par l'intermédiaire d'un robinet 13 de ré glage de la pression. Llautre trou met llintérieur de la chambre étanche en communication avec un manomètre 14.Dans la partie supé rieure de la chambre étanche est pré w un orifice de sortie, muni d'un robinet 18 pour permettre ltéchappement du gaz inerte cet orifice peut être ouvert 5i un refroidissement par écoulement du gaz inerte dans la chambre 8 est nécessaire. Une masse de matière solide particulaire thermoplastique 15, telle qu'une masse de cristaux ioniques, dans une gamme de grosseur de cristaux allant de 325 mailles Tyler à plusieurs dizaines de cen timères de diamètre au un unique macrocristal ou lingot cristallin est placé dans le corps cylindrique 1, dans lequel il est tassé de façon à ne pas s'écouler par lsorifice 5.Après que la masse cristal line a été chauffée pendant une période de temps suffisante pour atteindre une température préalablement choisie, inférieure au point de fusion de la masse cristalline, un piston 16 est repoussé vers le bas contre la masse, l'extrudant de ce fait par ltorifice 5 pour former un produit extrudé homogène monobloc 17. Une coupe transver sale du produit extrudé dans un plan perpendiculaire à son axe lon gitudinal montre qu'il a des dimensions pratiquement identiques à celles de la section horizontale de ltorifice 5. Avec une construction appropriée de la chambre étanche 8 et en choisissant une vitesse d'extrusion convenable, la masse de gaz renfermée dans la chambre est telle que le chauffage du gaz et la réduction de volume du gaz au cours de 1'extrusion engendrent une pression suffisante qui s'accroit à un taux qui peut être rendu fonction de la longueur du produit extrudé formé de sorte qutessentieL- lement, il nlest pas nécessaire de fournir un débit tant soit peu important de gaz inerte.La filière conforme la masse thermoplasti que, par exemple la masse de cristaux thermoplastique fluide, pour lui donner une forme pratiquement identique à celle de ltorifice et le produit extrudé qui s'écoule vers le bas à travers l'orifice est refroidi dans la chambre étanche pour former un produit extrudé relativement rigide. Lorsque la longueur désirée a été atteinte, 1' extrusion est interrompue en supprimant la pression appliquée par le piston 16 sur la masse cristalline.Après écoulement d'une pério- de de temps suffisante à la suite de laquelle le produit extrudé de vient non réactif à l'air, ltensemble formé par le corps cylindri que et le four peut être soulevé pour dégager la chambre étanche 8, et le produit extrudé est enlevé. En variante, ltembase 12 située à la base de la chambre étanche peut être enlevée et le produit ex trudé peut être sorti par la base de la chambre. Exemple. Un tronçon cylindrique ayant un diamètre de 12,5 cm et une longueur de 10,16 cm est découpé dans un lingot de monocristal d' iodure de césium activé au sodium. Le'tronçon cylindrique est placé dans le corps cylindrique d'une extrudeuse à piston et~cylindre d' extrusion classique, le diamètre du corps étant d'environ 12,7 cm. La filière 4 comporte un orifice de 2,54 x 5,08 cm en section droi te. La chambre 8 est constituée par un tube rectangulaire en acier ayant une section interne de 3,17 x 5,71 cm et une longueur d'envi ron 1,22 m. Un réservoir à azote est mis en communication par l'in- termédiaire d'un robinet avec la chambre 8 et il est prévu un mano mètre indicateur sensible gradué de 0 à 1 kg/cm2 (9,8 x 104 Pa) de pression manométrique (par rapport à la pression atmosphérique). L' extrudeuse du type à piston et cylindre est disposée sous une presse hydraulique capable d'exercer une force de 45 tonnes. Le tabieau 1 donné ci-après est un compte-rendu d'une opéra tion de formation d'un produit extrudé de 2,54 x 5,08 cm en section droite, à partir du troncon cylindrique. Les dimensions de la sec tion droite du produit extrudé peuvent être maintenues avec une com mande de pression convenable, à l'intérieur d'une tolérance de + 0,13 mm. TABLEAU I heure Température Réglage de la pression Remarques de la fi- manométrique du N2 -lière C 16 h 05 545 0,175 kgXcm2(17240 Pa) La commande de pres 16 h 13 555 0,175 kg/cm2(17240 Pa) -sion n'a été qu' 16 h 23 565 0t175 kg/cm2(17240 Pa) approximative. La pression stest élevée lorsque le produit extrudé chaud slest refroidi dans la cham- bre.Le manomètre au moment où environ 94,C cm de produit extrudé avaient été formés, indiquait une pres sion manométrique de 0,387 kg/cm2 (37,922 'a). Des produits extrudés à partir de matières extrudables thermoplastiques organiques et synthétiques sont formés d'une maniere similaire et lton obtient des surfaces de section droite essentiel lement identiques aux dimensions 2,54 x 5,Q8 cm de 1'orifice de La filière.En général, la mise sous pression de la chambre 8 est rela tivement faible habituellement inférieure à une pression manométri- que de 3,5 kg/cm2 (3,45 x 105 Pa) selon la longueur du produit ex trudé désirée-, meme lorsque la matière extrudée est relativement dense. Des valeurs de la pression de neutralisation du poids (par centimètre de longueur du produit extrudé) pour divers cristaux io niques sont donnés ci-après :: matière Densité (g/cm ) Pression (Pa) iodure de sodium 3,65 359 iodure de cesium 4,51 44Z chlorure de sodium 2,165 21Z fluorure de calcium 3,18 312 iodure de potassium 3,13 307 iodure de lithium 4,06 398 Le tableau II ci-après donne les dimensions des produits ex trudés en fonction de leur longueur, les conditions de ltextrusion étant celLes données dans le tableau I ci-dessus. ableau II longueur extrudée côté court côté long cm) (cm) (cm) 10,16 2,5527 5,1308 20,32 2,54 5,08 30,48 2,54 5,08 40,64 2,54 5,08 0,8 2,5273 5,0673 60,96 2,5146 5,0165 7,12 2,4765 5,0165 1,28 2,4765 5,0038 1,44 2,4511 4,9022 REVENDICATIONS 1. Procéde pour extruder une matière solide thermoplastique dans un milieu à fluide inerte, caractérisé en ce qu'il consiste à faire écouler la matière plastique à travers une filière dirigée vers Lé bas pour former de façon discontinue un produit extrudé de section arbitraire, à enfermer ledit produit extrudé dans une chambre étanche, susceptible d'être mise sous pression et d'une Longueur prédéteminée dans laquelle ledit produit extrudé déplace ledit fluide inerte, à refroidir ledit produit extrudé à l'intérieur de ladite chambre sans que ledit produit extrudé entre en contact avec un corps solide, l'aacroissement de pression dû à lteffet combiné du déplacement dudit fluide et de son éLévation de température étant suffisant pour neutraliser pratiquement les effets de poids dudit produit extrudé, à interrompre ltextrusion lorsque le produit extru- dé a atteint une longueur prédéterminée et à enlever le produit extrudé, qui est pratiquement exempt de toute déformation et distorsion, de la chambre Lorsqu'il est relativement rigide et indéformable. 2. Procédé pour former de façon discontinue un corps extrudé polycristallin à partir d'une matière thermoplastique extrudable caractérisé en ce qu'il consiste:a) à refouler une matière plastique extrudée vers le bas, à travers un orifice formé dans une f;- lière, à une température inférieure au point de fusion de ladite matière, ledit orifice ayant en section droite une forme correspondant de façon pratiquement identique aux dimensions en section droi- te du corps polycristallin extrudé à former, b) à enfermer ledit corps extrudé au-dessous dudit orifice dans une zone de refroidissement étanche susceptible d'être mise sous pression , c) à faire passer un fluide de refroidissement pratiquement inerte dans ladite zone en permettant en même temps à la pression de s'élever de façon à neutraliser des effets du poids dudit corps extrudé ; d) à interrompre ltextrusion lorsque ledit corps extrudé a atteint une longueur prédéterminée et, e) à enlever le corps extrudé pratiquement exempt de-toute déformation et distorsion, relativement rigide et indéformable, de ladite zone. 3. Procédé suivant la revendication 2, dans lequel ladite matière thermoplastique est un macrocristal unique, un lingot cristallin ou une masse de cristaux ayant des dimensions supérieures à environ 325 mailles Tyler, Ledit cristal ou lesdits cristaux étant un ou des cristaux ioniques. 4. Procédé suivant la revendication 3, dans lequel ledit cristal ionique est choisi dins le groupe constitué par les halo génures de métaux alcalino-terreux et les halogénures de métaux alcalins. 5. Appareil pour effectuer ltextrusion vers le bas d'une masse particulaire solide,cet appareil comportant, en combinaison : une filière pourvue d'un orifice ayant dans le plan horizontal de sortie du produit extrudé, une section droite, est pratiquement identique à la section droite dudit produit extrudé, ladite filière étant montée de manière amovible sur une chambre de pression dispo- sée au-dessous dudit orifice, ladite chambre ayant une longueur suffisante pour enfermer ledit produit extrudé ; des moyens pour assurer une communication étanche sous pression de ladite filière avec ladite chambre ; des moyens pour faire écouler de façon discontinue la matière plastique à travers ladite filière ; et des moyens pour accroitre la pression dans ladite chambre suivant une relation prédéterminée correspondant à la vitesse d'extrusion du produit extrudé de façon à neutraliser pratiquement les effets du poids dudit produit.~