Brevet FR2301371A1 — publié le 19760917

La présente invention se rapporte un procédé et un appareillage pour l'extrusion de matières thermoplasliques et concerne plus particulièrement un procédé et un appareillage qui permettent de contrôler et de doser l'intro- duction d'additifs en fines particules dans la charge de résine envoyée la trémie d'alimentation d'une extrudeuse å matière thermoplastique. Tous ces composants traversent la trémie d'alimentation et viennent en contact avec la vis d'extrusion rotative dans le fnt de Irextrudeuse. Lorsqu 'on extrude des matières thermop las tiques et en partie lier des mousses thermoplastiques, on est quelquefois obligé de mélanger avec la charge de résine envoyée l'appareil d'extrusion des petites proportions de matières à l'état de fine division qu'on désigne sous le nom de "régulateurs de la dimension de cellule" Ces additifs sont utilisés dans l'appareil d'extrusion pour régler dans des limites particulières définies la dimension de cellule ou d'alvéole de la mousse extrudée.Le contrôle de la dimension de cellule présente une très grande importance dans ta production de mousse car cette dimension a une influence déterminante sur certaines des caracté- ris tiques physiques les plus iMportantes de la mousse1 en particulier des propriétés telles que le module, la fragilité et la résistance a la traction. Ces additifs régulateurs de la dimension de cellule doivent être introduits dans les opérations d'extrusion de mousses en quantités stoachiométriques étroitement contrôlées : des variations meme légères dans la concentration des additifs en question au cours de l'opération d'extrusion peuvent conduire a des variations excessives de la dimension de cellule de la mousse extrudée. évidement, l'uniformité de la dimension de cellule a une importance primordiale si l'on veut retrouver dans la mousse finale des caractéristiques physiques favorables et constantes.Lorsqu'on extrude des matières en mousse telles que de la mouiee de polystyrène, on peut faire appel b des régulateurs de dimension de cellule de types variés, par exemple a des matières telles que du talc a l'état de fine division, de la silice, b des mélanges de matières telles qu'un mélange de bicarbonate de sodium et d'acide citrique anhydre, ce dernier mélange s'étant avéré particulièrement approprié A l'utilisation dans les opérations d'extrusion des mousses de polystyrène. Lorsqu'ou utilise comme régulateur de dimension de cellule un mélange de bicarbonate de sodium et d'acide citrique, les proportions relatives entre le bicarbonate et l'acide peuvent varier d'environ 0,50 : 0,50 å l,o : 0,90 et on obtient des résultats particulièrement satisfaisants au rapport d'environ l,o: :0,76. En général > il est souhaitable de travailler en permanence dans l'installation avec un excès de bicarbonate afin d'éviter les effets corrosifs d'une accumulation d'un excès d'acide dans l'extrudeuse Dans la technique antérieure, ces additifs régulateurs de la dimension de cellule étaient par exemple mélangés au préalable avec la résine de polystyrène : on agitait des granulés de résine de polystyrène dans un tambour avec le mélange de bicarbonate et d'acide à l'état de fine division.Indépendamment du temps nécessaire a la pesée manuelle de l'acide et du bicarbonate aux proportions correctes avant introduction du mélange dans le tambour, on a constaté que lorsque les granulés de résine de polystyrène revêtus du mélange des additifs régulateurs de dimension de cellule étaient évacués du tambour pour introduction dans la trémie d'alimentation de l'extrudeuse, habituellement par décharge directe dans cette trémie il se produisait un dégagement prononcé de pous sidères : des quantités appréciables des additifs régulateurs de dimension de cellule se séparent physiquement de la charge de résine de polystyrène et ces matières pulvérulentes a l'état de fine division restent en revêtement a l'intérieur de la surface de la trémie d'extrudeuse dans laquelle elles n'entrent pas ou pénètrent irrégulièrement dans l'appareil d'extrusion, ce qui suscite des difficultés dans le maintien de la concentration prescrite de ces additifs dans l'extrudeuse et conduit, dans la mousse extrudée, à des cellules de dimension non uniforme. On a tenté de remédier ces inconvénients en utilisant d'autres appareils de mélange, par exemple des mélangeurs à rubans mais ce type de mélangeur ne permet pas d'obtenir un mélange satisfaisant entre les additifs régulateurs de dimension de cellule et la résine. En outre, lorqu'on fait tomber une charge de granulés de résine de polystyrène mélangés avec les additifs régulateurs de dimension de cellule dans la trémie d'extrudeuse, il y a séparation des additifs et des granulés de résine : à un certain moment la quantité d'additifs qui pénètre dans l'appareil d'extrusion est trop forte; à un autre moment elle est trop faible. L'invention se rapporte a un procédé pour l'extrusion de matières thermoplastiques en mousses, par exemple des mousses de polystyrène. Elle concerne plus particulièrement le mélange continu de particules de résine de polystyrène, avant leur introduction dans une extrudeuse, avec des additifs régulateurs de dimension de cellule à l'état pulvérulent. Conformément à l'invention, on introduit ces additifs dans un courant de particules de résine de polystyrène solide s'écoulant vers le bas. Le point d'introduction des additifs se situe de préférence à l'intérieur du courant de résine et immédiatement au-dessus de l'orifice d'entrée du mélange résine-additifs dans l'extrudeuse ou contigu à cet orifice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après en référence a la figure unique du dessin annexé qui représente schématiquement un mode de réalisation d'un appareil de mélange utilisable selon l'invention. Dans cette figure, qui représente, comme on l'a dit, un appareil de mélange et de dosage pour l'introduction des matières premières dans une opération classique d'extrusion de matières thernoplastiques, l'extrudeuse 11 comprend une vis d'extrusion rotative 12 qui transporte la charge à extruder de la trémie 16 vers l'avant, le long de l'extrudeuse, jusqu'à une filière d'extrusion annulaire 20 au travers de laquelle la matière thermoplastique fondue est refoulée sous forme d'un tube 21. La masse extrudée 12 est entourée par le fat d'extrudeuse 22 lui#in#me chauffé par des résistances (non représentées) qui provoquent la fusion de la résine au fur et à mesure de son transport vers l'avant dans l'extrudeuse ll par la vis 12.La charge de résine pénètre dans l'extrudeuse ll au travers de l'ouverture du fût d'extrudeuse 23 contigus à l'ouverture de délivrance de la trémie d'alimentation 16. Dans les opérations d'extrusion de mousses de polystyrène, il est souvent souhaitable de remplacer la résine de polystyrène fraiche å lOOZ par un mélange de résine franche avec certaines proportions de résine de polystyrène régénérée ou recyclée. En outre, lorsqu'on veut obtenir une mousse de polystyrène colorée, on introduit couramment un colorant sous forme d'un mélange-mattre qui consiste en granulés de polystyrène fortement pigmenté.Ce mélange-mattre peut autre introduit dans l'appareil d'extrusion selon la technique utilisée pour les additifs régulateurs de dimension de cellule ou selon la technique utilisée pour introduire les granulés de résine de polystyrène dans l'appareil d'extrusion.Les contraintes mécaniques imposées par l'assemblage d'alimentation de la résine décident des modes opératoires d'introduction du mélange-mattre. En outre, et c'est le cas dans l'appareillage représenté dans la figure du dessin annexé, au cours de l'opération d'extrusion et en particulier dans une opération d'extrusion de mousse avec injection directe, on introduit dans l'extrudeuse 11 un agent gonflant tel qu'un hydrocarbure volatil, en particulier le pentane ou l1isopen- tane ou encore un Fréon, par l'orifice d'injection de l'agent gonflant 19; sous l'action de la vis transporteuse 12, il y a mélange intime de l'agent gonflant avec la résine fondue contenue dans l'extrudeuse au point d'injection et en aval de ce point. On sait que l'agent gonflant est utilisé principalement pour provoquer la formation d'une mousse à partir de la résine fondue au moment où celle-ci sort du cône de filière 20. Le système de mélange et d'alimentation de l'ensemble résine fratche-résine régénérée-mélange-mattre de colorant est représenté dans la partie supérieure de la figure. La résine de polystyrène fratche et la résine de polystyrène régénérée sont délivrées respectivement par les conduits 24 et 25 vers les tapis transporteurs 29' et 29. On peut également utiliser pour l'introduction de la résine de polystyrène dans l'appareil d'extrusion un dispositif vibreur ou un dispositif à vis (non représentés). La vitesse des tapis transporteurs 29 et 29' est réglée par des transmissions des moteurs 31.et 31'. Le contrôle des vitesses des transmissions de sortie des moteurs 31 et 31' permet de régler les proportions de résine fratche et de résine régénérée. Ces proportions dépendent habituellement des caractéristiques finales recherchées dans la mousse de polystyrène et peuvent varier d'environ 0 : 100% à environ 100% : 0%. Pour des opérations d'extrusion de mousses de polystyrène, les proportions préférées entre la résine régénérée et la résine franche sont d'environ 25 : 75% Toujours en référence à la figure du dessin annexé, les quantités voulues de résine de polystyrène régénérée et de résine de polystyrêne fratche sont transportées par les tapis 29 et 29' vers l'embouchure de la trémie d'alimentaion 16 dans laquelle ces résines se déposent dans des proportions déterminées. Le mélange-mattre de résine colorée peut être introduit par la trémie 28 qui débouche directement dans la trémie principale 16, comme représenté dans la figure. La trémie 28 fonctionne de manière très analogue à la trémie 14, ces deux trémies comportant un cylindre dans lequel tourne une vis de transport. En raison de l'uniformité approchée de dimension et de poids des granulés de résine dont sont constitués la résine fratche, la résine régénérée et le mélange-mattre de résine colorée, ces trois types de matières ne manifestent pas une tendance prononcée à la séparation : elles sont mélangées uniformément et transformées en un mélange homogène fondu sous l'action de la vis 12 dans l'extrudeuse 11 avant refoulement au travers de la filière 20. Par contre, les matières qui constituent l'additif régulateur de dimension de cellule sont sous forme de poudre très fine et ont fortement tendance par exemple dans le cas du bicarbonate de sodium en poudre et de l'acide citrique anhydre en poudre- à se séparer des particules de résine de dimension relativement forte.Par conséquent, on doit veiller à assurer un mélange intime et uniforme de cette matière pulvérulente avec les résines introduites dans l'extrudeuse 11. On a constaté que lorsque ce mélange additif régulateur de dimension de cellule l'état pulvérulent était introduit dans le système d'alimentation de l'extrudeuse au voisinage de la base de la trémie d'extrudeuse 16 et immédiatement au voisinage de l'orifice du fut d'extrudeuse 23, on pouvait parvenir au mélange intime recherché entre les ratières pulvérulentes constituant l'additif et la résine introd,rJite dans llestrudeuse 11. En outre, on a constate que lorsque les additifs pulvérulents régulateurs de dimension de cellule étaient introduits en un point aussi voisin de la vis d'extrudeuse Sl, on n'observait ni séparation entre la poudre et la résine ni formations de poussières Les agents régulateurs de dimension de cellule doivent etre introduits au voisinage du centre du courant de résine lu-meme introduit dans l'extrudeuse On parvient s ce résultat cosse illustré dans la figure en plaçant desvtubulures d'alimentation des additifs régulateurs de dimension de cellule 15 et 151 qui débouchent dans la traie d'extrusion 16 en un point voisin de la base de la trémie.Par ailleurs, les tubulures 4'alimentation 15 et 15' débouchent, comme illustré dans la figure, en un point voisin du centre de la trémie d'extrusion 16 de fores conique. la disposition représentée dans la figure pour l'introduction des additifs régulateurs de dimension de cellule dans le chargement d'alimentation suppose qu'on utilise plusieurs composés destinés å former un mélange qui constitue lui-mee le régulateur de dimension de cellule.Par consaquent, dans cette disposition, il y a plusieurs tubulures d'alimentation. on comprendra cependant que, lorsqu'il n'y a qu'un seul produit régulateur de dimension de cellule utilisé dans le système d'extrusion, il suffit d'un seul tube d'aliientation. En outre, on peut aussi utiliser une seule tubulure d'alimentation avec plusieurs agents régulateurs de dimension de cellule dans un appareillage. Dans un tel cas, les composants individuels du régulateur de dimension de cellule peuvent être pesés ou dosés aux proportions voulues puis colabines ou uFlangés ensemble avant introduction dans la trémie d'extrudeuse 16 b l'aide d'une seule tubulure d'alimentation. Dans la disposition représentée dans la figure, les composants individuels d'un mélange régulateur de dimension de cellule, par exemple de l'acide citrique anhydre et du bicarbonate de sodium sont placés respectivement dans des compartiments d'alimentation 14 et 14'. Des distributeurs rotatifs placés au voisinage de la base des compartiments 14 et 14' sont rpua par les moteurs 13 et 13' respectivement. Ces distributeurs rotatifs s'étendent sur toute la largeur du compartiment d'alimentation et dans les tubulures d'alimentation 15 et 15'.Ils transportent de l'acide provenant du compar triment 14 et du bicarbonate de sodium provenant du compartiment 14' par les tubulures 15 et 15' d'où ils sont déchargés dans la zone centrale de la trémie d'alimentation 16; les régulateurs de dimension de cellule, pénétrant dans le courant des particules de résine en écoulement descendant, sont transportés directement au travers de l'ouverture du fut d'estrudeuse 23 l'intérieur de l'extrudeuse lI dans laquelle ils sont mélangés avec les granulés de résine La vitesse des distributeurs qui transportent l'acide et le bicarbonate au travers des tubulures 15 et 15' détermine les proportions relatives acide/bicarbonate qui pénètrent finalement dans l'appareil d'extrusion.Naturellement, ces proportions sont déterminées par la vitesse des transmissions de sortie des moteurs 13 et 13'. Une autre disposition qui a pu autre utilisée avec succès consiste a utiliser un seul moteur avec transmission de sortie pour faire fonctionner les deux vis doseuses, les vitesses relatives de chacune des vis doseuses étant déterminées par le rapport d'engrènemnt entre les deux vis. L'exemple qui suit illustre l'invention sans toutefois la limiter; dans cet exemple les indications de parties et de X s'entendent en poids, sauf indication contraire. EXEMPLE On utilise l'appareil représenté schématiquement dans la figure du dessin annexé; on introduit dans la trémie d'alimentation de résine 16, par l'intermédiaire de la trémie 25 et du tapis transporteur 29 qui envoie les granulés de résine fratche dans la trémie 16, des granulés de résine de polystyrène du commerce, vendus sous la marque "Dow resin 685-26-7". Dans l'opération de cet exemple, on n'utilise pas de résine de polystyrène recyclée ni de mélange-mattre de colorant. Au pied de la trémie 16, par les tubulures d'alimentation 15' et 15 respectivement, on introduit les régulateurs de dimension de cellule qui sont le bicarbonate de sodium et l'acide citrique. Chacun d'eux est envoyé aux tubulures d'alimentation 15 et 15' par l'intermédiaire des compartiments 14 et 14'. Les proportions stoechiométxiques entre l'acide citrique et le bicarbonate de sodium sont réglées au moyen des vitesses des transmissions de sortie des moteurs 13 et 13' qui déterminent elleamemes la vitesse relative de rotation des vis doseuses refoulant les régulateurs de dimension de cellule dans les tubulures d'alimentation 15 et 15'. Ce rapport est maintenu à 0,76 partie d'acide pour 1 partie de bicarbonate de sodium. Les proportions relatives entre le bicarbonate de sodium et l'acide citrique d'une part, la résine de polystyrène d'autre part, sont de 0,58 partie pour 100 parties. Le fat d'extrudeuse 22 est maintenu à l'aide de résistances électriques non représentées une température d'environ 1040C dans la zone d'alimentation de 1'extrudeuse 11. La vis rotative d'extrudeuse 12 transporte la charge de résine et de régulateurs de dimension de cellule dans la zone de compression et de mélange de l'extru- deuse 11, laquelle est maintenue une température d'environ 2160C.Par l'orifice d'injection d'agent gonflant 19, on injecte de l'isopentane à une 2 pression d'environ 266 kg/cm et un débit d'environ 5,7 litres à l'heure. En aval de la zone d'injection de l'agent gonflant 19, la masse de polystyrène fondu mélangée avec l'isopentane servant d'agent gonflant est refroidie et sort de l'extrudeuse par la filière 20, sous forme d'un tube 21. La filière 20 a un diamètre de 6,35 cm et l'orifice annulaire a une largeur d'environ 0,8 mm A la sortie de la filière, la masse fondue gonfle en mousse sous forme d'un tube qui est envoyé sur un tambour de refroidissement d'environ 64 cm de longueur et 84cm de circonférence. La distance de la filière au tambour refroidisseur est d'environ 15cm. Ce tambour refroidisseur est lui-meme refroidi l'eau. Après passage sur le tambour, le tube de mousse est fendu et étalé sous forme d'une feuille plane qu'on fait passer sur une série de galets de transport puis sur une enrouleuse.La production de l'appareil d'extrusion est de 75kg à l'heure. Au microscope,au augrossissement 100, on compte sur une section transversale de la mousse 140 cellules par dm2. La feuille extrudée contient 0,345 de substances volatiles ou de gaz, son épaisseur moyenne est de 2,5mm 2 et son poids moyen de 173 g par m Une mesure continue du compte de cellule pendant une période d'extrusion prolongée montre que la dimension de cellule de la mousse est pratiquement constamment uniforme. Cette uniformité de la dimension de cellule constitue une indication positive du fait que l'acide et le bicarbonate de sodium formant le régulateur de dimension de cellule ont été introduits régulièrement dans l'appareil d'extrusion par la technique d'alimentation selon l'invention et qu'on ne se heurte pas aux défauts d'uniformité de la dimension de cellule rencontrés dans les mousses formées avec les systèmes d'alimentation antérieurs des régulateurs de dimension de cellule. REVENDICATIONS 1. Procédé pour extruder une mousse de résine dans lequel la résine avant introduction dans une extrudeuse, est combinée avec un additif régulateur de dimension de cellule à ltétat de poudre fine, le procédé se caractérisant en ce que l'additif régulateur de dimension de cellule est introduit dans un courant descendant de particules solides de résine de polystyrène en un endroit voisin immédiatement de l'orifice d'entrée du mélange résine-additif dans l'extrudeuse 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif régulateur de dimension de cellule est introduit dans la zone centrale du courant descendant de résine. 3. Appareillage pour l'extrusion d'une matière résineuse en mousse dans lequel un courant de particules de résine est envoyé dans l'orifice d'entrée d'une extrudeuse, cet appareillage se caractérisant en ce qu'il comporte une ou plusieurs tubulures d'alimentation (15, 15') pénétrant dans le courant de résine et un ou plusieurs distributeurs d'alimentation en disposition coaxiale à l'intérieur de la ou des tubulures d'alimentation (15, 15').