Brevet FR2289326A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne une installation de fabrication par extrusion ou injection d'éléments calibrés à partir de plusieurs produits de base et d'au moins un solvant, du type comportant, à la suite, des moyens pour mélanger ensemble les produits de base et le solvant, des moyens pour calibrer et notamment pour extruder le mélange ainsi obtenu, des moyens intermédiaires recevant l'extrudat, et des moyens de réception-de l'élément calibré obtenu après durcissement de l'extrudat. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication par extrusion d'éléments calibrés dont la composition résulte d'un mélange de plusieurs produits de base, en présence d'un solvant, la pâte à extrader préalablement préparée par malaxage étant introduite dans une extrudeuse se terminant par une filière de calibration à la sortie de laquelle ltextrudat après évaporation du solvant forme lesdits éléments calibrés. L'invention concerne plus particulièrement la fabrication d'éléments calibrés de propergol composite par extrusion ou injection. Dans une installation connue du type susnentionné, les moyens intermédiaires sont constitués par un tapis sans fin qui est associé à des régulateurs de vitesse et qui est susceptible de recevoir l'extrudat sortant de la machine à extruder. Dans cette installation connue l'évaporation rapide du solvant de l'extrudée tend à produire dans ce dernier des fissurations. De plus, lorsque la viscosité de ltextrudat est encore faible à la sortie de la filière ce dernier tend à se déformer et à s'affaisser sous l'effet de la pesanteur et des actions de contact exercées par le tapis sans fin-. La présente invention remédie à ces inconvénients et a notamment pour but de réaliser une installation, dans laquelle l'évaporation du solvant de l'extrudat est ralentie, et dans laquelle les déformations plastiques de ce dernier sont rendues impossibles même lorsque la viscosité de la matière extrudée sortant de la filière de calibration présente une viscosité relativement faible. Le problème selon l'invention consiste à ralentir l'éva- poration du solvant et à maintenir mécaniquement ltextrudat à sa sortie de la filière, au moyen d'un coussin de gaz. Ce problème est résolu, conformément à l'invention du fait que les moyens intermédiaires sont constitués par un dispositif de transit permettant l'évaporation contrôlée du solvant et comprenant au moins un canal ouvert aux deux extrémités et situé sur le parcours de l'extrudat, ce canal étant balayé par des jets de gaz émis par des buses ménagées dans la paroi dudit canal, de telle sorte que lesdits jets forment un coussin de gaz interposé entre ledit extrudat et la paroi dudit canal. Dans cette nouvelle-installation, le dispositif de transit remplit trois fonctions essentielles 1) il établit une force de sustentation et de traction uniformément répartie à la surface externe de l'extrudat, (au lieu du contact selon une génératrice qui est réalisé lors de l'emploi d'un tapis sans fin de réception) 2) il crée, un durcissement superficiel de l'extrudat 3) il permet de ralentir l'évaporation du solvant contenu dans la masse de l'extrudat. Ainsi ce dispositif de transit permet d'obtenir les avantages suivants qui sont dus à l'injection à débit prédéterminé d'un gaz entre l'extrudat et la paroi du dispositif de transit. Dans un premier temps, à l'entrée du dispositif, le gaz injecté se sature en solvant au contact de ltextrudat dont la surface extérieure se rigidifie, ce qui contribue à éviter les déformations ultérieures dudit extrudat par contact ou simplement par gravité. Dans un second temps, en aval de L'entrée du dispositif de transit, le gaz injecté est saturé en solvant et l'extrudat se déplace dans le dispositif sans subir d'évaporation ou en subissant une évaporation faible du solvant , ce ralentissement - ou cette suppression de l'évaporation du solvant - permet d'éviter la formation de criques, notamment lorsque 1 'extrudat présente un diamètre relativement important (diamètre voisin ou supérieur à 10 mm). Il en résulte que le dispositif de transit selon l'invention permet, d'une part, d'abaisser la viscosité de la p te à extruder, lors du malaxage 6, qui se traduit par une réduction du temps de malaxage, sans encourir les risques de déformation à la sortie de la filière et, d'autre part, d'obtenir des extrudats de section importante sans risque d'apparition de criques. L'invention concerne également un procédé de fabrication par extrusion d'éléments calibrés dont la composition résulte d'un mélange de plusieurs produits de base en présence d'un solvant, et, plus particulièrement, la fabrication d'éléments calibrés de propergol composite. Dans ce dernier cas et conformément à l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes - dissolution dans un solvant d'un polymère constitué - malaxage du polymère dissous et des autres consti tuants du propergol afin d'obtenir une patte dont la viscosité permet l'extrusion T - extrusion de la pâte par compression à travers une filière de calibration montée à l'extrémité d'une machine à extruder - évaporation contrôlée du solvant de ltextrudat par passage dans un dispositif de transit à coussin ga zeux Le procédé et l'installation conformes à l'invention sont applicables aux compositions qui résultent d'un mélange de plusieurs produits de base et, plus particulièrement, aux compositions pyrotechniques suivantes a) propergols composites utilisant un liant préalablement polymé risé b) propergols homogènes simple base constitués par un mélange de nitrocellulose et d'additifs divers tels que des plastifiants, des régulateurs de combustion et des m#odificateurs ; c) propergols multibases fabriqués par la technique dite avec solvant : ces propergols sont toujours réalisés à base de nitrocellulose et comportent comme autres bases,#par exemple, la nitroglycérine, le nitrate de polyvinyle, l'hexogène ainsi que des additifs divers tels que ceux cités en b) d) explosifs composites utilisant un liant préalablement polymérisé et un explosif classique e) etc D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation de l'ensemble de l'installation selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une coupe longitudinale à travers un dispositif de transit selon un premier mode de réalisation de l'in- vention ; et - la figure 3 est une coupe longitudinale à travers un dispositif de transit selon un second mode de réalisation de l'invention. L'installation représentée à la figure 1 comprend une trémie d'alimentation 1 dans laquelle est introduite la pâte à extruder 2 qui comporte les produits de base et un solvant, l'homo généisation de la pâte étant assurée au moyen d'un batteur 3 entratné en rotation par un moteur 4. Le batteur 3 est porté par un arbre vertical 5 coaxial à la trémie 1, qui se termine vers le bas par une vis d'alimentation Sa. A la suite de la trémie 1 se trouve une boudineuse à vis 6 dont le fourreau 6a et la vis 6b sont refroidis par une circulation d'eau. La trémie 1 ainsi que la boudineuse 6 et tous les organes accessoires à ces dispositifs sont montés sur un bâti fixe 103. Le circuit de refroidissement de la vis 6b, comprend les arrivée et départ d'eau 7 et un tube de passage 8 ménagé dans le prolongement 9 de la vis 6b Le circuit de refroidissement du fourreau 6a, comprend l'enceinte 10 entourant ledit fourreau 6a, l'arrivée d'eau ll et le départ d'eau 12. La vis 6b est entraînée en rotation à partir d'un moteur 100 par l'intermédiaire d'une liaison mécanique 101. La boudineuse 6 se termine par une filière de calibration 13 d'où sort l'extrudat - ou jet calibré - ou brin - 14 ce dernier pénètre alors dans un dispositif de transit à coussin d'air 15 décrit ci-après en référence aux figures 2 et 3. En aval du dispositif de transit 15 se trouve un dispositif de découpe 16 des brins 14 en tronçons d'égale longueur qui sont alors récupérés dans des bacs 17. Le dispositif de découpe 16 comprend, à la suite sur le trajet du brin 14 issu du dispositif de transit 15, un guide fixe 5 ou enclume 102 en contact avec l'extrémité du dispositif de transit, ladite enclume étant munie d'une rainure de guidage 102a et un rouleau - ou tambour cylindrique - 18 qui présente deux gorges longitudinales 18a, 18'D ménagées à partir de sa périphérie et chacune selon une génératrice dudit rouleau ; ce dernier est susceptible d'être animé d'un mouvement oscillant autour de son axe au moyen d'un vérin 19. L'enclume 102 et le rouleau 18 sont représentés en coupe sur le dessin. Le dispositif de découpe 16 ainsi que les bacs de réception 17 sont montés sur un bâti fixe 104. Le dispositif de découpe 16 fonctionne de la manière suivante : en sortie du dispositif de transit 15, le brin 14 est reçu dans une gorge 18a, 18b , lorsque cette dernière est remplie par le brin 14 le rouleau 18 est animé d'un rapide mouvement de rotation de course supérieure c; Y /2, provoquant le sectionnement d'un élément de longueur prédéterminée de brin et l'éjection de cet élément dans l'un des bacs de récupération 17. En fin de course de la rotation du rouleau 18 l'autre gorge 18b, 18a s'est présentée en alignement avec la sortie du dispositif de transit 15 et avec la rainure de guidage 102a, ce qui permet le remplissage immédiat par le brin 14 de ladite gorge 18b, 18a. Le dispositif de transit 15 qui peut encore etre appelé dispositif de sortie à évaporation contrôlée du solvant, ou encore transporteur de brin à coussin gazex, présente un orifice 20 par lequel de l'air ou tout autre gaz inerte vis-à-vis de la titre constitative nu brin la, est injecté PCUS une pression prédéter- minée.Cet air pénètre par 'suoes les buses loUS2S ' et soit ans central unique 22 (mode de réalisation des figures 1 et 2) ouvert aux deux extrémités qui est ménagé dans le dispositif 15 et qui est situé sur le parcours du brin 14, soit dans trois canaux périphériques d'un dispositif de transit à trois sorties (mode de réalisation de la figure 3). Des buses 21 sont ménagées à intervalles réguliers dans la paroi du - ou des - canal (canaux) 22 et sont inclinées par rapport à l'axe du canal 22 de telle sorte que les jets d'air soient dirigés dans le sens de l'avancement du brin 14 se trouvant dans le canal 22. Un tel dispositif 15 est ici adapté à une boudineuse 6, mais pourrait aussi bien etre adapté à une presse. Les jets d'air ont deux fonctions : d'une part, ils constituent un coussin d'air qui est interposé entre le brin 14 et la paroi du canal 22 et qui facilite l'avancement du brin 14 d'autre part, ils entraînent le solvant mais relativement lentement car les buses 21 ont un orifice de sortie de faible section convenablement calculée de telle sorte que les jets d'air soient rapidement saturés en solvant bien avant d'avoir parcouru la distance séparant deux buses 21 voisines. L'air injecté dans le dispositif 15 est avantageusement refroidi afin de ralentir encore davantage l'évaporation de solvant. Il est facile à l'homme de l'art d'adapter le dispositif de transit 15 en lui adjoignant une broche de forme convenable afin de lui permettre de recevoir des brins creux (pourvus d'un canal central), aucune circulation de fluide à l'intérieur des canaux n'étant prévue, la face interne de l'extrudat ne supportant pas d'effort de contact et la cohésion du matériau qui constitue l'extrudat assurant la constance des formes. Comme on peut le voir aux figures 2 et 3, le dispositif de transit 15 est constitué par une série d'éléments 23a, 23b, 23c emmanchés les uns à la suite des autres et conformés de telle sorte que les buses d'injection 21 des jets d'air soient ménagées entre teux J nts éléments 23a, 23b, 23c voisin#. Ainsi les buses 21 sont, dans l'exemple présenté, réalisées sous la forme d'un espace annulaire se rétrécissant jusqu'à son orifice débouchant dans le canal 22. Chaque espace annulaire 21 communique avec un canal de distribution d'air 24 pratiqué dans chaque élément 23a, 23b, et relié à l'orifice d'entrée d'air 20 du dispositif 15. Les éléments 23b sont tous identiques et sont dits éléments centraux. L'élément 23a dans lequél est pratiqué l'orifice 20 est dit élément d'entrée et comporte la partie d'entrée du canal 22. L'élément 23c est dit élément terminal et comporte la partie de sortie du canal 22. Cet élément 23c ne comporte pas de tronçon de canal de distribution d'air 24. Tous les éléments 23a, 23b, et 23c sont assemblés par des moyens de vissage tels que boulons 25. Le dispositif de transit représenté à la figure 3 ne diffère de celui représenté à la figure 2 que par le fait qu'il comprend trois canaux dont deux seulement 22a, et 22b sont visibles à la figure 3. Bien entendu à chaque canal 22a, 22b, 22c (non représenté) correspond un brin 14 issu d'une machine à extruder placée en amont du dispositif 15. Le dispositif de transit 15 est avantageusement utilisé dans les conditions suivantes - le rapport entre la longueur du canal 22 et le diamètre du brin 14 est compris entre 150 et 200 et, de préférence, entre 1 et 1 50 200 60 100 - le jeu radial subsistant entre la paroi du canal 22 et le brin 14 est compris de préférence, entre 1 et 4mm - le débit injecté dans le dispositif de transit 15 est de 500 à 7 000 fois celui de la matière extrudée formant le brin 14 ; et de préférence entre 2 000 et 5 000 fois. - le débit de gaz injecté dans le dispositif 15 est d'environ 2 litres par seconde pour une teneur en solvant du brin 14 entrant dans le dispositif 15 de 20 % en volume. - la température du gaz injecté dans le dispositif 15 est de 10 à 400 C inférieure - et, de préférence, de 15 à 300 C inférieure - à la température d'ébullition du solvant. - la température du gaz injecté dans le dispositif 15 est inférieure à 100 C. Selon un procédé-conforme à l'invention on réalise les opérations suivantes 1) on dissout un polymère constitué dans un solvant volatil, par malaxage ou moyen équivalent ; par exemple dans un malaxeur étanche du type WERNER, le plastifiant préalablement préparé pouvant être en outre introduit dès cette opération. 2) on mélange la solution obtenue, par~exemple par malaxage, avec les autres constituants du propergol (oxydant, additifs divers, plastifiant, etc...) afin d'obtenir une pdte dont la viscosité permet l'extrusion ; par exemple, un oxydant préalablement mélangé à un métal divisé et à un régulateur de combustion pulvérulent peut être ajouté en trois fois, le malaxage d'homogénéisation durant au moins quarante cinq minutes. La pate obtenue peut être conservée en container étanche refroidi, ce qui permet de différer l'opération d'extrusion. 3) la pâte obtenue imprégnée de solvant est extrudée par compression à travers une filière de calibration montée à l'extrémité d'une machine à extruder telle qu'une presse, une boudineuse ou un malaxeur à vis d'extraction , par exemple une boudineuse à deux vis convenablement refroidie équipée de la ou des filières adéquates. 4) on évapore de-façon contrôlée le solvant de ltextrudat ainsi obtenu par passage de ce dernier dans un dispositif de transit à circulation de gaz tel que le dispositif 15 de la présente invention. 5) éventuellement, on tronçonne les brins calibrés issus du dispositif de transit. 6) éventuellement, on stocke sans délai en caissons ou plateaux partiellement clos de manière à éviter une évaporation trop rapide du solvant, ce stockage pouvant durer une ou plusieurs dizaines d'heures et précédant l'opération d'évaporation à l'air libre. A titre d'exemple la composition de propergol utilisée peut être la suivante -- Oxydant : 50 à 95 parties en poids - Liant : 50 à 5 parties en poids - Plastifiant : O à 5 parties en poids - Additifs divers Métal divisé : O à 15 parties en poids 0 Régulateur de combustion anti#oxydant, stabilisant, mouillant, etc.. 0 à 5 parties en poids Le solvant volatil du liant étant incorporé à cette composition de propergol dans des proportions comprises entre 50 à 500 % de celle-ci. Le liant est, de préférence, un acétate de cellulose, un A.B.S., un oxyde de polyphénylène, un polyuréthane, un polybutadiène Il n'y a donc pas d'intervention d'accélérateur, réticulant, etc. L'oxydant est de préférence, un perchlorate de potassium ou d'ammonium, le nitrate d'ammonium, etc. Le plastifiant est de préférence, le tricrésylphosphate, la triacétine, un alkylphtalate etc. Le métal à l'état divisé est, de préférence, de l'aluminium, du magnésium etc. Enfin, le soldant volatil est, de préférence, soit un hydrocarbure aliphatique chloré, tel que le chlorure de méthylène seul ou dilué par exemple dans de l'alcool éthylique ; soit un hydrocarbure aromatique ; soit un éther, une cétone, etc... Nous donnons ci-dessous à titre indicatif et non limitatif trois exemples de composition de propergol composite qui ont été mis en oeuvre avec succès pour la fabrication d'éléments fabriqués par extrusion selon le procédé de la présente invention, le solvant utilisé étant précisé à la suite de chaque composition. Pourcentage en volume A Composition du propergol triacétate de cellulose 10 Pourcentage en volume Cl 04 K (oxydant) 88 Tricrésylphosphate (plastifiant) 3 Noir de carbone (régulateur de combustion) 0,5 Solvant du liant Chlorure de méthylène 21 Ethanol 1,05 B Composition du propergol Triacétate de cellulose 25 Cl 0 K 75 Plastifiant et additifs 0,75 Solvant du liant : Chlorure de méthylène 33 Ethanol 6 C Composition du propergol ABS 2,05 Cl 04K 7,5 Solvant du liant Chlorure de méthylène 1,7 R E V E N D I C A T I O N S 1. Installation de fabrication par extrusion, notamment d'éléments calibrés à partir de plusieurs produits de base et d'au moins un solvant, du type comportant à la suite des##ns pour mélanger ensemble les produits de base et le solvant, des moyens pour extruder le mélange ainsi obtenu, un dispositif de transit qui reçoit l'extrudat, et des moyens de réception de l'élément calibré obtenu après durcissement de l'extrudat, caractérisée en ce que le dispositif de transit comprend au moins un canal situé sur le parcours de l'extrudat et balayé par des jets de gaz émis par des buses ménagées dans la paroi dudit canal et réparties de préférence uniformément le long de ce dernier, de telle sorte que lesdits jets forment un coussin de gaz qui est interposé entre ledit extrudat et la paroi dudit canal et qui assure une évapo- ration contrôlée du solvant de l'extrudat. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaz injecté dans le dispositif de transit est 3 une température inférieure à La température ambiante. 3. Installation selon l'une des revendications précédez tes, caractériséeen ce que la température du gaz injecté dans le dispositif de transit est duale à la tempe-rature d'ébullition du solvant diminuée de 10 à 400 C. 4. installation selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en en ce que le débit du gaz injecté dans le d:s- positif de transit est d'environ SOC à 7 000 fois celui de 1 'extrudat. 5. Installation selon l'une des revendications précéden- tes, caractériséeen ce que le rapport entre la longueur du canal du dispositif de transit et le diamètre de l'extrudat est compris entre 1 et 1 50 200 6. Installation selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que le jeu radial subsistant entre le canal du dispositif des transit et l'extruclat est compris entre 1 et 4mm. 7. Installation selon l'une des revendications prene-- dentes, caractérisb en ce que le dispositif de transit est fOrlé par une série d'éléments emmanchés les uns à la suite des autres et conformés de telle sorte que les buses d'injection des jets de gaz soient ménagées entre deux éléments voisins. 8. Installation selon l'une des revendications précé- dentes, caractériséeen ce que les buses d'injection de gaz ménagées dans le dispositif de transit sont inclinées par rapport à l'axe du canal dudit dispositif de telle sorte que les jets de gaz émis par lesdites buses soient dirigés dans le sens de l'avan- cement de l'extrudat se trouvant dans le canal. 9. Procédé de fabrication par extrusion d'éléments calibrés dont la composition résulte d'un mélange de plusieurs produits de base, en présence d'un solvant la pâte à extruder préalablement préparée par malaxage étant introduite dans une extrudeuse se terminant par une filière de calibration à la sorte tie de laquelle ltextrudat après évaporation du-solvant forme lesdits éléments calibrés, caractérisé en ce que à la sortie de la filière est monté un dispositif de transit selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Procédé de fabrication par extrusion d'éléments ca librés de propergol composite, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes - dissolution dans un solvant d'un polymère consti- tué - malaxage du polymère dissous et des autres consti- tuants du propergol afin d'obtenir une pâte dont la viscosité permet l'extrusion - extrusion de la pâte par compression à travers une filière de calibration montez d l'extrémité d'une machine à extruder - évaporation contrôlée du solvant de L'extrudat sar passage dans un dispositif de transit selon l'une des revendications 1 à 8. Il. Procédé selon L'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le gaz injecté dans le dispositif de transit est à une température inférieure à 100 C. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la dissolution du polymère constitué et le malaxage du polymère dissous et des autres constituants sont effectués successivement dans un meme malaxeur 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la machine à extruder est une boudineuse à vis alimentée par une trémie comportant un agitateur à pales 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que l'élément calibré extrudd est tronçonné au moyen d'un dispositif de coupe à rouleau oscillant possédant au moins deux rainures parallèles à la direction d'extrusion ; 15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que l'opération de malaxage du polymère dissous et des autres constituants du propergol est rdalisée avec un excès de solvant de manière à obtenir une pâte dont la viscosité est inférieure à la viscosité minimum permettant une extrusion sans déformation de 1'extrudat lorsque celui-ci débouche dans l'atmos- phère à la sortie de la filière de calibration.