Brevet FR2314047A1 — publié le 19770107

L'invention est relative à un dispositif et un procédé de fabrication de tuyaux flexibles et d'une façon générale, de profiles pleins ou creux. On sait que les mélanges fibreux qui sont constitués d'une part d'une matrice de caoutchouc ou de matière thermoplastique avec ses charges et adjuvants habituels et d'autre part de fibres dispersées dans la matrice, présentent d'excellentes caractéristiques. Mais, on sait aussi que lorsque lton extrude ces mélanges fibreux à travers une filière habituelle pour réaliser des tuyaux où a'autres profilés, on provoque une orientation des fibres dans la direction longitudinale qui entraine une rigidité longitudinale souvent inacceptable et pour les tuyaux, une très faible résistance à lié crasement et à ltéclatement. le même phénomène se produit lorsque lton extrude des caoutchoucs thermoplastiques dans lesquels des séquences cristallines sont fixes à des séquences élastomériques car, lors de l'ex- trusion, les channes moléculaires s'orientent comme les fibres des mélanges fibreux. Il en est aussi de même lorsque lton extrude un caoutchouc ou une matière plastique dans lequel on a incorporé des grains d'une matière qui à la température à laquelle se fait l'extrusion est thermoplastique, ou au moins déformable. C'est le cas, par exemple, des caoutchoucs et des matières thermoplastiques dans lesquels on a dispersé des grains en une polyoléfine, par exemple en polyéthylène ou en polypropylène à haute masse moléculaire, qui agissent comme des charges renforçantes à l'égard des caoutchoucs et de certaines matières thermoplastiques ;-en effet, lors de ltextrusion, ces grains se déforment et prennent l'aspect de filaments qui, ensuite, s'orientent comme les fibres des mélanges fibreux. Ces matières (comme les mélanges fibreux, les caoutchoucs thermoplastiques, les caoutchoucs ou les matières plastiques comportant des charges déformables) seront appelées ci-dessous "matières orientables" parce que leur extrusion provoque l'orientation, dans la direction du mouvement qui leur est imprimé, de certains des éléments qui leur sont incorporés ou des chaînes moléculaires cette orientation fait que ladite matière présente des propriétés particulières, comme un module à l'allongement et une résistance mécanique plus élevés dans la direction de ladite orientation. Comme jusqutà présent, on nta extrudé ces matières qu'à travers des filières où elles ne sont animées que de mouvements parallèles à l'axe desdites filières, on nta provoqué ltorientation de ces matières que dans la direction longitudinale de l'article extrudé avec toutes les conséquences qui en résultent : notamment, un module à l'allongement et une résistance mécanique élevés dans la direction de l'extrusion mais faibles dans la direction perpendiculaire et une rigidité longitudinale élevée de l'article extrudé. C'est ainsi que lorsque l'on a cherché à réaliser des tuyaux par extrusion de ces matières orientables à travers les filières habituelles, on a obtenu des tuyaux dont la rigidité longitudinale était excessive, qui se cassaient lorsqu'on les courbaient et dont la résistance à l'éclatement et celle à l'écrasement étaient faibles. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif d'extrusion de ces matières orientables qui ne présentent pas ces inconvénients et qui permettent d'utiliser les excellentes caractéristiques de la plupart de ces matières orientables pour réaliser par simple extrusion des articles de grande qualité. Le procédé de l'invention consiste essentiellement à provoquer d'abord une orientation radiale de la matière et ensuite, son laminage transversal. te dispositif de l'invention comporte essentiellement un conduit convergent suivi d'un conduit divergent dans lequel se produit l'orientation radiale, qui débouche dans un autre conduit dont la section, de même surface que celle de l'extrémité du conduit précédent, a une forme telle qu'elle provoque un laminage transversal de la matière. L'invention sera expliquée plus en détail au moyen des exemples de mise en oeuvre suivants illustrés de schémas représentant les parties remarquables des dispositifs utilisés, te premier exemple est relatif à la fabrication d'un tuyau par extrusion d'un mélange fibreux dont la composition en poids est la suivante : - caoutchouc naturel 50 - S B R 1502 (copolymère styrolène butadiène) 50 - noir de carbone 50 - fibres de cellulose traitées pour adhérer 75 au caoutchouc - resimène 3520 (donneur de formol) 2 - antioxygène 2 - soufre 2 - accélérateur de vulcanisation 1 - acide stéarique 1 - oxyde de zinc 1 La filière utilisée pour extruder ce mélange - dont le parcours est indiqué par les flèches - est schématiquement représentée en coupe axiale à la figure 1. lies conduits dans lesquels passe le mélange fibreux sont formés par l'espace séparant une pièce centrale 1 et une pièce périphérique 2 qui sont coaxiales et de révolution. En réalité, les pièces 1 et 2 sont elles mêmes formées de plusieurs pièces assemblées et fixées de façon à permettre le démontage et le réglage du dispositif ; cela, qui est bien connu des hommes de métier, nia pas été représenté pour ne pas surcharger le dessin et pour ne pas nuire à la clarté de la description de ce qui constitue l'invention. lie mélange fibreux, préalablement préparé, poussé par la vis d'une extrudeuse passe d'abord dans le conduit 3 délimité par les deux surfaces coniques coaxiales 4 et 5, appartenant l'une à la pièce 1 et l'autre à la pièce 2 ; la section du conduit 3 est en tous points une couronne circulaire mais, comme l'angle au sommet du cône extérieur formé par la surface 5 est plus grand que celui du cône intérieur formé par la surface 4, la distance séparant ces deux surfaces va en diminuant de l'amont vers l'aval. Comme de plus, le diamètre moyen de la section du conduit 3 va en diminuant du fait de l'inclinaison vers l'aval des surfaces 4 et 5 sur l'axe de la filière, le mélange fibreux est très fortement comprimé lors de son passage dans le conduit 3, ce qui tend à orienter longitudinalement les fibres. Après passage dans le conduit 3, le mélange fibreux passe dans le conduit 6 délimité d'une part par la surface cylindrique 7 d'une partie de la pièce 1 et d'autre part par la surface conique 8 d'une partie de la pièce 2 ; cette surface 8 est inclinée vers 11 amont de façon que la distance séparant les surfaces 7 et 8 et la surface de la section du conduit 6 aillent en croissant de l'amont vers ltaval. Cela fait qu'au cours de son passage dans le conduit 6 le mélange s'épanouit radialement et que les fibres qui s'étaient orientées longitudinalement lors du passage dans le conduit 3, tendent à s'orienter radialement. Dans cet exemple de réalisation, la surface 7 est cylindrique mais elle pourrait aussi être tronconique, l'essentiel étant que non seulement la section transversale du conduit ait une surface croissante de lXamont vers l'aval, mais aussi que cette augmentation de surface résulte de l'augmentation des dimensions de la section transversale selon les diverses directions du plan la contenant de façon que lè mélange s'épanouisse également dans toutes ces directions, ctest à-dire, en fin de compte radialement. Le conduit 9, qui fait suite au conduit 6, est délimité par les deux surfaces coniques 10 et 11, inclinées vers l'amont et appartenant aux pièces 1 et 2 ; comme pour les autres conduits, sa section est annulaire en tous points. Mangle au sommet du cône portant la surface 10 intérieure, qui est la plus rapprochée de l'axe du dispositif, est supérieur à celui du cône portant la surface Il extérieure de façon que la distance séparant ces deux surfaces aille en décroissant de l'amont vers l'aval ; en revanche, du fait de l'inclinaison vers l'amont des deux surfaces 10-et 11 sur l'axe de la filière, le diamètre moyen des anneaux circulaires que forment les différentes sections du conduit 9 va en croissant de l'amont vers l'aval. L'inclinaison des surfaces 10 et 11 est telle que la surface de la section du conduit 9 reste constante sur toute la longueur de ce dernier -de façon que le mélange ne stépanouisse pas et que l'extrusion se fasse toujours sous pression. L'augmentation progre-seive du diamètre moyen des sections du conduit 9 fait qu'au cours de son passage dans ce conduit, le mélange fibreux est soumis à une sorte de laminage transversal (c'est à dire perpendiculaire à la direction générale de son écoulement qui est celle de l'axe de la filière) qui tend à coucher les fibres et à les orienter transversalement. Enfin, le mélange fibreux passe dans le conduit 12 qui est une couronne cylindrique coaxiale à la filière, ce qui moule le tuyau ; la longueur du conduit 12 est juste suffisante pour que ce moulage ait lieu sans qu'il y ait réorientation sensible des fibres dans la direction longitudinale. Un tuyau fabriqué avec le mélange et le dispositif précédents, ayant un diamètre intérieur de 32 mm et un diamètre extérieur de 40 mm, présente une résistance à l'éclatement de 25 bars ; soumis à une pression de 10 bars, sa longueur augmente de 3 fo et son diamètre de 3 %, ce qui montre que son module à l'allongement est 2 fois plus élevé dans la direction circonférentielle que dans la direction longitudinale ; il peut être courbé selon un rayon de 7 cm sans se casser. L'exemple suivant est relatif à la fabrication d'un profilé de section rectangulaire avec le mélange fibreux précédent. La filière utilisée est schématiquement représentée en coupe à la figure 2 ; les figures 3, 4, 5, 6 représentent les sec tions#du conduit aux emplacements des lignes III, IV, V et VI. lie mélange fibreux, poussé par Iiextruaeuse, passe d'abord dans le conduit 13 qui est un tronc de cône dont la paroi est inclinée vers l'aval ; au cours de ce passage dans ce conduit convergent, les fibres tendent à s'orienter longitudinalement. En sortant du conduit 13 et du conduit cylindrique 14, de courte longueur, le mélange passe dans le conduit 15, qui est aussi un#tronc de cône mais dont la paroi est inclinée vers l'amont de façon qutil soit divergent. Au cours de ce passage, la matière s1épa- nouit radialement et les fibres tendent à s'orienter radialement. Toutes les sections transversales du conduit 16, qui fait suite au conduit 15, ont la même surface mais leur forme change progressivement de façon que la section de l'extrémité de ce conduit 16 soit rectangulaire. Ce changement progressif de forme qui est imposé à la matière provoque une modification de l'orientation des fibres qui pivotent pour se rapprocher de la direction transversale. lie passage dans le conduit 17, de section rectangulaire, a pour effet de mouler le profilé. Dans cet exemple de réalisation, le conduit 15, de section circulaire, joue le même rôle que le conduit 6, de section en forme de couronne, de l'exemple précédent ; dans l'un et l'autre cas leur section transversale est croissante de l'amont vers l'aval et cette augmentation de la surface de section résulte d'une au#menta- tion des dimensions de cette dernière dans toutes les directions transversales, c'est à dire situées dans des plans perpendiculaires à l'axe des conduits, de façon que le mélange s'épanouisse radialement. lie conduit 16 joue le meme rôle que le conduit 9 : de l'amont vers l'aval, la surface de leur section est constante mais leur forme varie de façon que le mélange soit comprimé radialement par au moins deux parties symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe du conduit, cette compression radiale entraine un laminage transversal du fait qu'au rapprochement de deux surfaces provoquant cette compression est liée une augmentation de la dimension de la section (dont la surface est constante) dans la direction perpendiculaire. Dans ce qui précède, les mouvements de matière qui se produisent lors de l'extrusion et l'orientation des fibres qui en résulte ont été indiqués, à plusieurs reprises. Il faut bien noter que d'une part, l'invention ne dépend pas de ltinfirmation ou de la confirmation de ces précisions qui ne sont données qu'à titre d'explications hypothétiques et que, d'autre part, lorsqu'il est dit que les fibres ont tendance à s'orienter, cela signifie seulement qu'un certain nombre d'entre elles pivotent pour se rapprocher de la direction d'orientation indiquée. Dans les exemples précédents, un mélange fibreux a été utilisé, mais l'invention s'applique aussi à toute matière orientable telle que définie précédemment. REVENDICkTI ONS 1 - Procédé de réalisation, par extrusion, d'un profilé en une matière orientable dans lequel on comprime ladite matière alors qu'elle est en mouvement de façon à provoquer son orientation longitudinale caractérisé en ce qu'ensuite (1) on la fait s'épanouir radialement. (2) puis on la soumet à un laminage transversal, c'est à dire perpendiculaire à la direction de son écoulement. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédent comportant un conduit de section décroissante de l'amont vers l'aval, caractérisé en ce que le dispositif comporte ensuite (1) un conduit dont la surface de section transversale est croissante de l'amont vers l'aval, l'augmentation de la surface de la section étant due à une augmenta tion des dimensions de ladite section selon les diverses directions des plans perpendiculaires à l'axe du conduit. (2) suivi d'un conduit dont la section a une surface constante, égale à celle de l'extrémité du conduit précédent, mais dont la forme varie de l'amont vers l'aval de façon que la matière soit comprimée radia lement par au moins deux parties dudit conduit symé triques l2une de l'autre par rapport à l'axe de ce conduit. 3 - Dispositif selon la revendication 2 destiné à la réalisation d'un profilé de section rectangulaire caractérisé en ce que (1) le conduit dont la surface de section est croissante de l'amont vers l'aval est un tronc de cône. (2) la section transversale de surface du conduit qui le suit a une surface constante et une forme qui, de l'amont vers l'aval, varie progressivement du cercle au rectangle. 4 - Dispositif selon la revendication 2 destiné à la fabrication d'un tuyau caractérisé en ce que le conduit de surface de section constante est délimité par deux surfaces portées par des cônes coaxiaux dont le sommet est situé vers l'amont, l'angle au sommet du cône portant la surface extérieure étant inférieur à celui du cône portant la surface intérieure qui est la plus rapprochée de l'axe du dispositif. 5 - Dispositif selon la revendication 4 destiné à la fabrication d'un tuyau caractérisé en ce que le conduit de surface de section croissante est délimité par une surface portée par un cône et par une surface portée par un cylindre ou un cône coaxial au premier cône et au dispositif.