Brevet FR2294033A1 — publié le 19760709

La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs pour transformer des matières thermoplastiques par extrusion ou par injection. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication de produits finis ou semi-finis en matières thermoplastiques extrudées ou injectées, par exemple des films, gaines, fils > tuyaux, profilés, enrobages de gaines etc... Les machines à extruder connues, appelées extrudeuses ou boudineuses, sont constituées essentiellement d'un ou plusieurs corps cylindriques chauffés dans lesquels une ou plusieurs vis sans fin, de profil approprié, sont entrat- nées en rotation et de filières à travers lesquelles sont extrudées les matières thermoplastiques à l'état fondu ou pâteux, mises en pression par l'action des vis sans fin. Le terme filliere est employé dans un sens général pour désigner non seulement des orifices à travers lesquels sont extrudés des fils mais tous outillages servant à l'extrusion de produits finis ou semi-finis, tels que films, tubes, profilés etc Les résines thermoplastiques utilisées comme matière première pour fabriquer des produits extrudés ou injectés sont généralement à l'état solide, par exemple sous forme de granulés ou de poudre. Les extrudeuses connues remplissent donc une double fonction. D'une part, elles transforment la matière première de l'état solide à l'état plastique par élévation de température. D'autre part, elles compriment fortement la matière rendue plastique pour la forcer à passer à travers les filières ou pour l'injecter dans des moules. L'élévation de température est due à la fois aux calories fournies a la machine pour chauffer les cylindres mais aussi, dans une proportion importante, à la transformation en chaleur de l'énergie mécanique d'entraînement des vis sous l'action des frottements d'autant plus importants que la pression de refoulement à travers les filières est élevée. Cette façon'd 'opérer présente plusieurs inconvénients Le plus grave de ceux-ci tient a ce qu'il est très difficile de contrôler l'élé- vation de température due à la transformation en chaleur de l'énergie mécanique. Cette élévation se produit localement, là où les frottements ont lieu contre les parois du cylindre et contre la vis et il est très difficile sinon ir possible de placer en ces points des capteurs de température. Or, la qualité des produits extrudés dépend beaucoup de la température de la matière. Il s'en suit qu'au niveau des outillages d'extrusion ou d'injection, l'utilisateur est souvent gêné par une température excessive du produit, ce qui le contraint à réduire le débit de l'extrudeuse et à faire travailler celle-ci au-dessous de ses possibilités, soit à prendre le risque dtimperfections dans la qualité des produits extrudés ou injectés. Un autre ~ncont- niellt des extrudeuses connues tient à leur consommation importante d'énergie mécanique du fait de la transformation en chaleur d'une proportion très importante de cette énergie. tin autre inconvénient réside dans le fait que chaque extrudeuse forme un ensemble monobloc et dans un atelier comportant plusieurs lignes de fabrication, il faut prévoir autant de machines que de lignes ce qui entraîne des frais d'équipement importants, les extrudeuses étant des machines relativement onéreuses. La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients. Cet objectif est atteint au moyen d'un procedé pour fabriquer par extrusion ou par injection des objets à partir de résines thermoplastiques à l'état solide suivant lequel, dans une première étape, on transforme les résines solides en une masse plastique sous une faible pression et, dans une deuxième étape, on comprime ladite masse plastique pour ltextruder à travers une filière ou pour l'injecter dans un moule. On connaît déjà des boudineuses utilisées non pas pour extruder mais uniquement pour transformer des résines thermoplastiques de l'état solide à l'état plastique sous une pression voisine de la pression atmosphérique. De telles boudineuses, appelées gélifieuses, sont utilisées par exemple au stade de la fabrication des résines granulées. Elles n'ont pas été utilisées à ce jour pour des fabrications par extrusion ou par injection dans lesquelles, au contraire, on s'efforce d'obtenir à la sortie de la boudineuse une masse plastique fortement comprimée par l'action des vis sans fin qui forcent cette masse à passer à travers les filières ou qui alimentent des presses d'injection. On connalt également des pompes chauffables, par exemple des pompes à engrenage conçues spécialement pour véhiculer des matières thermoplastiques fondues. De telles pompes ont été utilisées à ce jour uniquement au stade de la fabrication des résines thermoplastiques et non au stade de la transformation. La présente invention a pour objet la combinaison nouvelle des deux moyens connus constitués d'une part d'une boudineuse fonctionnant en gélifieuse qui est alimentée en résines solides et transforme celles-ci en une masse plastique qui est refoulée sous une faible pression inférieure à 10 bars, et d'autre part d'une pompe qui comprime la matière plastique pour ltextruder à travers une filière ou pour l'injecter dans un moule. Ces deux moyens, pris en combinaison, coopèrent pour constituer une extrudeuse ou un dispositif d'injection d'un type nouveau. Selon une caractéristique de l'invention, une même boudineuse peut être associée à plusieurs lignes de fabrication comportant chacune une pompe. Les pompes sont de préférence des pompes à engrenage, lesquelles peuvent être remplacées par toute autre pompe équivalente conçue pour comprimer des résines thermoplastiques à l'état pâteux. Les deux moyens connus pris en combinaison coopèrent pour produire les résultats suivants En dissociant d'une part la fonction de plastification de la résine dans une gélifieuse et d'autre part de compression,au moyen d'une pompe, de la résine déjà fondue, on réalise, à débit égal, une économie d'énergie très importante. Ainsi, par exemple, une extrudeuse conventionnelle produisant un tuyau en polyéthylène basse densité et équipée d'un moteur à vitesse variable consomr me une puissance de l'ordre de 45CV pour un débit de polyéthylène de l'ordre de 40Kg/heure. Un dispositif selon l'invention produisant la même quantité de tuyau comporte une gélifieuse entraînée par un moteur asynchrone de 10 CV et une pompe entraînée par un moteur de 2CV. Cette économie importante d'énergie n'est pas obtenue au prix d'équipements plus coûteux mais, au contraire, elle s'accompagne d'une réduction sensible du coût des équipements. En effet, une gélifieuse utilisée dans un dispositif selon l'invention estunenachine de construction beaucoup moins élaborée que les extrudeuses conventionnelles. Le moteur est moins puissant. Les jeux entre la vis sans fin et les cylindres peuvent être importants puisque la vis sans fin sert unique- ment à brasser la matière en cours de plastification. Du fait qu'elle refoule la matière à une pression faible, infetieure à 10 bars, la vis n'a pas à supporter les poussées axiales très iwportantes que l'on rencontre dans les boudineuses conventionnelles et qui obligent à prévoir des butées axiales renforcées et coûteuses. Le coût de la boudineuse, qui est une machine importante, est réduit dans de très fortes proportions et l'économie ainsi réalisée est très supérieure au coût de la pompe qui est un matériel relativement peu onéreux à côté d'une boudineuse. D'autre part, le procédé selon l'invention permet d'associer à une meme gélifieuse plusieurs lignes de fabrication équipées chacune d'une pompe et d'un outillage propre. L'économie d'équipement et d'énergie est très importante dans ce cas par rapport aux installations conventionnelles dans lesquelles chaque ligne de fabrication comporte une extrudeuse et de plus, dans le cas d'une fabrication par injection, une presse à injecter associée à l'extrudeuse. Un avantage très important du procédé et des dispositifs selon l'invention découle du fait qu'il permet de contrôler avec une grande précision le débit, la pression et la température de la matière plastique à la sortie de chaque pompe. En effet, chaque pompe comporte un système de chauffage, généralement par circulation d'un fluide caloporteur dans des canaux creusés dans le corps de pompe et on peut donc réguler automatiquement la température de la ma tière plastique en agissant sur le débit de ce fluide caloporteur. Cet avantage est très-important dans le cas de la fabrication de semi-produits minces tels que des films, où la température doit être réglée avec une grande précision pour que la qualité des produits reste dans des limites acceptables. Il est facile de faire varier le débit des pompes et l'on peut donc obtenir un débit très régulier nécessaire à une qualité homogène dans le cas de fabrications par extrusion. A la sortie des extrudeuses conventionnelles, au contraire, on obtient fréquemment des débits irréguliers surtout lorsque l'on cherche à travailler au voisinage de la capacité maximale qui est la marche la plus rentable. La description suivante se réfère au dessin annexé qui représente un exemple de dispositif selon l'invention sans aucun caractère limitatif. La figure unique représente une installation de transformation de ma tières thermoplastiques comportant plusieurs lignes Li à Ln de production de produits finis ou de semi-produits soit par extrusion à travers une filière, soit par injection dans un moule. Cette installation comporte, en tête, une boudineuse 1. Cette boudineuse comporte, à la partie supérieure, une goulotte 2 alimentée en résine thermoplastique solide, à l'état divisé, par exemple en grains ou en poudre. La résine solide tombe dans un cylindre 3 à axe horizontal dont les parois sont chauffées et dans lequel est disposée une vis sans fin entraînée en rotation par un moto-réducteur 4. Au contact des parois chaudes du cylindre, la résine devient plastique. La vis sans fin sert à brasser la masse de matière plastique, à la rendre ho mogène et à la faire avancer vers l'orifice de sortie 5. Cet orifice de sortie communique par une canalisation 6 avec un réservoir chauffé 7 dans lequel la résine pâteuse est stockée. Le réservoir 7 est à une pression faible, inférieure à 10 bars, de sorte que la vis sans fin de la boudineuse n'a pas à vaincre une pression élevée et ne fait que tourner dans la masse pâteuse pour la brasser. La boudineuse 1 fait uniquement fonction de gélifieuse sans comprimer fortement la masse p#teuse.Il en résulte que la puissance absorbée par le moteur 4 est réduite,que la construction de la machine,notamment des butées axiales de la vis sans fin, est simplifiée et qu'il n'y a pas de frottements importants qui transforment une partie de l'énergie mécanique en chaleur et qui entraînent des échauffements locaux à une température supérieure à celle des parois du cylindre 3. Chaque ligne de fabrication LI à Ln comporte une pompe Pi à Pn, par exemple une pompe à engrenages, d'un modèle spécial pour véhiculer les matières thermoplastiques à l'état pâteux. Les corps de ces pompes comportent des canaux dans lesquels circule un fluide caloporteur pour chauffer la pompe à la température voulue pour que la résine reste suffisamment fluide, par exemple aux environs de 1500. Ces pompes permettent de comprimer la résine jusqu'à une pression de 100 bars pour la refouler à travers des filières d'injection ou pour l'injecter dans des moules. Chaque pompe est entraînée, de préférence, par un dispositif à vitesse variable qui permet d'ajuster le débit à la filière ou à la presse d'injection qui lui est associée. La boudineuse 1 peut également comporter un dispositif d'entrainement de la vis sans fin à vitesse variable permettant d'ajuster le débit en fonction du nombre de pompes en service et du débit de celles-ci. La présence d'un ou plusieurs réservoirs tampon 7,situés entre la sortie de la gélifieuse et les lignes de fabrication dans lesquelles on peut conserver la résine à l'état fondu permet une certaine latitude dans le débit de la gélifieuse par rapport au débit cumulé des pompes. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses parties de l'installation qui vient d'etre décrite à titre d'exemple pourront être remplacées par des parties équivalentes bien connues de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour fabriquer des objets en résine thermoplastique par extrusion ou par injection, à partir de résines à l'état solide, suivant lequel on transforme d'abord lesdites résines solides en une masse plastique puis on comprime ladite masse plastique pour l'extruder ou pour l'injecter, caractérisé en ce que, au cours de la première étape, les résines solides sont transformées dans une boudineuse à vis en une masse plastique sous une pression inférieure à 10 bars et stockées dans un réservoir. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1 composé, d'une part, d'une boudineuse fonctionnant en gélifieuse et, d'autre part, d'au moins une pompe qui comprime les résines plastifiées dans ladite boudineuse pour les extruder ou pour les injecter, caracté risé en ce qu'il comporte au moins un réservoir tampon intercalé entre la sortie de la boudineuse et lesdites pompes. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit réser voir tampon est équipé de moyens de chauffage des résines. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdites pompes comportent un dispositif d'entraînement à vitesse variable qui permet de faire varier leur débit indépendamment du débit de la boudineuse.