Brevet FR2342491A1 — publié le 19770923

L'invention se rapporte a un procédé de mesure de la viscosité de hauts polymères et à un dispositif pour sa mise en oeuvre. La viscosité de la matière est un paramètre qui a une influence déterminante sur un processus tel que le calandrage de hauts polymères, en particulier. La viscosité d'un polymère en forme de feuille épaisse ou mince et passant sur un cylindre se mesure à l'aide d'un rhéomètre à coupelle qui se monte sur le broyeur à cylindres ou sur la calandre et qui se trouve dans le commerce. Cet appareil a toutefois l'inconvénient que son principe de construction est tel qu'il exerce sur le polymère des forces supplémentaires de cisaillement qui en élèvent la température et qui en abaissent la viscosité. La demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DT-OS nO 2 435 069 décrit un dispositif de détermination de la viscosité de liquides. Ce dispositif repos sur la mesure des forces du cylindre doseur, mobile axialement, que le liquide transmet au cylindre de mesure. Ce type de mesure n'est possible qu'à condition que le cylindre de référence soit mobile axialement et uniquement pour des matières à basse viscosité, d'environ 10 2 ~ 100 poise L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure de la viscosité de hauts polymères sur un cylindre, qui éliminent les inconvénients du rhéomètre à coupelle, notanunent en particulier l'apparition de forces supplémentaires de cisaLllement. L'invention repose sur la découverte qu'il est possible de déterminer la viscosité de hauts polymères sur un c-ilc--e or application d'un cylindre de mesure contre ce dernier, mesure de la pression dans l'intervalle séparant ces cylindres au passage du polymère et mesure de cet intervalle ainsi que de la vitesse circonférentielle de l'un ou des deux cylindres. L'invention a donc pour objet un procédé de mesure de la viscosité de hauts polymères sur un cylindre, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un cylindre de mesure contre ce cylindre et à déterminer la pression dans l'intervalle sepa- rant ces cylindres au passage du haut polymère, cet intervalle lui-même ainsi que la vitesse circonférentielle du cylindre et/ou du cylindre de mesure. / L'invention a par ailleurs pour objet un dispositif de mesure de la viscosite de hauts polymères sur un cylindre, caractérisé en ce qutil comprend un cylindre de mesure placé contre ce premier cylindre, un dispositif de determination de la pression régnant dans l'intervalle separant les cylindres au passage du haut polymère, un dispositif de détermination de cet intervalle ainsi qu'un dispositif de détermination de la vitesse circonferentielle du cy lindre et/ou du cylindre de mesure Le procédé selon l'invention permet la détermination exacte de la viscosité de hauts polymères sur un cylindre sans inconvenient pour la matière elle-meme ou sans traitement. Conformément à l'invention, un petit cylindre de mesure est placé contre un cylindre. La feuille exerce une compression sur le cylindre du broyeur (de la calandre) et sur le cylindre de mesure a son passage dans l'intervalle qui les sépare. La viscosite apparente peut se déterminer d'après la relation suivante dans un appareillage de ce type P. ho k.v relation dans laquelle -2 = = viscosité apparente (kg.s.m -P -- force dans l'intervalle (kg) ho = largeur de l'intervalle (m) v = vitesse circonférentielle (m/s) k = constante (m2) t rsqüe les vitesses circonférentielles des deux cylindres diffrnt, Leur moyenne est prise pour la.vitesse v. Ies grandeurs suivantes entrent dans la constante k la largeur du cylindre de mesure (car celui-ci est beaucoup plus petit que le cylindre du broye ou de la calandre, le diamètre du cylindre (lorsque le cylindre de la calandre et le cylindre de mesure ont des diamètres différents, on utilise le diamètre équivalent RE = 2 ( R + R ) ) et le dia- mètre du bourrelet se formant devant l'intervalle (bien que cette grandeur soit négligeable). I1 n1 est pas nécessaire en pratique de détecter la valeur absolue de la viscosité et bien au contraire une grandeur relative reproductible suffit. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure I est une coupe transversale d'un dispositif selon l'invention, selon la ligne I-I de la figure 2; et la figure 2 est une coupe axiale de ce dispositif selon la ligne II-II de la figure 1. Le cylindre 2 représenté sur la figure 1 peut faire partie d'un broyeur ou d'une calandre. Lorsqu'il s'agit d'un broyeur, le cylindre I de mesure se place contre le cylindre récepteur et plus précisément en amont d'un éventuel dispositif 12 de découpage d'une bande. Lorsqu'il s'agit d'une calandre, le cylindre de mesure peut aussi se placer contre un autre cylindre que le cylindre récepteur. Le cylindre de mesure 1 adopté a un diamètre qui est relativement petit par rapport à celui du broyeur de maniera à maintenir à une faible valeur les forces de cisaillement produites. Le diamètre du cylindre de mesure 1 correspond de préférence à 0,2 - 0,3 fois celui du cylindre 2. Un dispositif 12 de découpage d'une bande, qui est rabattable et dont la largeur de découpe est reglable, se trouve en général sur le cylindre récepteur 2 d'un aile Z-- rible distance du bord de sa table. La largeur adoptée du cylindre 1 de mesure peut en principe être quelconque. Il est toutefois préférable que cette largeur dépasse la plage maximale de réglage du dispositif 12 de découpage. Il est ainsi certain que le cylindre de mesure ne gêne pas à l'untormite de la bande de matière prélevée en aval du dispositif de découpe. Ce dispositif étant en général réglable, il est préférable d'adopter la largeur du cylindre 1 de mesure de manière que celui-ci dépasse de chaque coté de 10 à 20% la largeur maximale de réglage de ce dispositif de découpe. Le cylindre 1 de mesure peut ne pas être commandé et être alors entraîné en rotation par le cylindre 2 et par l'intermédiaire de la feuille de calandrage. I1 est cependant préférable de commander ce cylindre et notamment de telle manière que les deux cylindres aient la même vitesse circonférentielle. I1 devient ainsi inutile de mesurer les vitesses circonférentielles des cylindres. Le haut polymère 10 est guidé dans l'appareillage de l'invention dans l'intervalle 5 compris entre le cylindre 2 et le cylindre de mesure 1 et la bande découpée par le dispositif 12 et prélevée passe sur un cylindre de guidage 13. Le cylindre de mesure 1 est rotatif sur une bielle 8 capable de pivoter et un mécanisme convenable l'applique contre le cylindre 2. Des vérins hydrauliques 4 ou des cylindres pneumatiques peuventXêtre utilisés à cette fin. La poussée exercée par les vérins 4 sur le cylindre de mesure 1 par l'intermédiaire des tiges de piston 7 doit correspondre au moins à la pression qui se crée par l'intervalle. La poussez réglée doit si possible être très légèrement supérieure à la pression régnant dans l'intervalle. La détermination de la viscosité à l'aide du dispositif de l'invention s'effectue par mesure de la pression régnant dans l'intervalle, de la largeur de ce dernier et de la vitesse circonférentielle des cylindres. Lorsque la poussée hydraulique exercée correspond à l'efEtJrt réglé dans l'intervalle, le réglage de cette poussée est tt1 sable directement comme mesure. I1 est cependant pretorable,pour améliorer la précision de la mesure de la pression dans l'intervalle, qu'elle soit exécutée par des bof dynamométriques. Celles-ci peuvent être disposées par exemple entre les articulations des tiges de piston 7 et les paliers 6 du cylindre de mesure. I1 existe sur le marelle des boites dynamométriques qui conviennent. Celles qui de livrent un signal électrique pratiquement sans course sont a préférer. La mesure exacte de la largeur de l'intervalle entre le cylindre 2 et le cylindre de mesure 1 peut s'effectuer par montage de chacune des tiges de 1piston du dispositif d'application directement dans une bobine mobile ou en variante par montage de générateurs de signaux 9 à bobine mobile en parallèle sur les tiges de piston ou sur les paliers du cylindre de mesure 1. Ce montage délivre un signal électrique indicatif de la largeur de l'intervalle. La détermination de la vitesse circonférentielle du cylindre 2 et/ou du cylindre de mesure 1 s'effectue de maniere connue. Lorsque les deux cylindres tournent à la même vitesse, la mesure de la vitesse circonférentielle dlun cylindre suffit. Dans une commande à courant continu, la vitesse circonférentielle peut se mesurer au moyen d'un générateur tachymétrique 14 monté sur le moteur. I1 est toutefois préférable, pour améliorer la précision de la mesure de cette vitesse circoférentielle, de monter un générateur d'impulsions sensible 11 sur le tourillon du cylindre 2 et/ou du cylindre de mesure 1. Les signaux obtenus de mesure de la pression régnant dans l'intervalle, de la largeur de ce dernier et de la vitesse circonférentielle sont envoyés de préférence par voie électrique à une calculatrice. Celle-ci compare les signaux de mesure qu'elle traite à une consigne prédéterminée. L'écart par rapport à la consigne est utilisable comme signal de réglage soit du broyeur à cylindres lui-même pour faire varier la vitesse de rotation et/ou la largeur de l'intervalle, soit pour un dispositif monté en amont de ce broyeur, par exemple ln malaxeur continu. Xes viscosités des hauts polymères traités en général par des broyeurs à cylindres ou des calandres sont comprises dans une plage d'environ 10 à 10 poises. Celles des matières plastiques sont en général de 103 à 104 poises, tandis que le caoutchouc a des viscosités supérieures à 104 poises. Le procedé de l'invention permet des mesures de viscosité dans la totalité de cette plage. Les hauts polymères,dont la viscosité peut se déterminer par le procédé de l'invention,sont en principe toutes les matières traitées en général dans des broyeurs à cylindres ou dans des calandres. I1 s'agit en particulier du chlorure de polyvinyle dur, du chlorure de polyvinyle tendre, des copolymères d'acrylonitrile, de butadiène et de styrène, des polypropylènes, des polyéthylènes, des esters cellulosiques et du caoutchouc. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la viscosité de hauts polymères sur un cylindre, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à appliquer un cylindre de mesure contre ledit cylindre, puis à déterminer la pression régnant dans l'intervalle entre ces cylindres au passage du haut polymère, ainsi que la largeur de l'intervalle séparant ces cylindres et la vitesse circonférentielle du cylindre et, le cas échéant ou en variante, du cylindre de mesure, et finalement à calculer à l'aide de ces mesures la viscosité selon la ~ P. ho relation # = k. v , relation dans laquelle # désigne la viscosité apparente, P la force mesurée dans l'intervalle, ho la largeur de cet intervalle, v, la vitesse circonfé rentielle et k, une. constante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les mesures sous forme de signaux électriques. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caracterise en e qu'il consiste à déterminer la pression régnant dans 11 intervalle à l'aide de boites dynamométriques. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer la largeur de l'intervalle au moyen de bobines mobiles. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer la vitesse circonférentielle au moyen d'un générateur d'impulsions. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer le cylindre de mesure contre ledit cylindre au moyen de vérins hydrauliques. 7. Dispositif de mesure de la viscosité de hauts polymères sur un cylindre, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre de mesure (1) appliqué contre ledit cylindre(2), un dispositif (3) de détermination de la pression régnant dans l'intervalle (5) séparant le cylindre (2) du cylindre de mesure (1) au passage du haut polymère (10), un dispositif (9) de détermination de l'intervalle entre lesdits cylindres (1 et 2) ainsi qu'un dispositif (11) de détermination de la vitesse crrconférentielle dudit cylindre (2) et, le cas échéant ou en variante, du cylindre de mesure (1)1 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que des vérins hydrauliques (4) appliquent ledit cylindre de mesure (1) contre ledit cylindre (2). 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le cylindre de mesure (1) est commandé. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le cylindre de mesure (1) a un diamètre qui correspond à 0,2 à 0,3 fois celui dudit cylindre (2). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'une boîte dynamométrique (3) est disposée entre ledit vérin hydraulique (4) et le palier (6) du cylindre de mesure (1). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que des bobines mobiles (9) sont disposées autour de la tige-de piston (7) ou en parallèle sur cette dernière ou en parallèle sur les paliers du cylindre de mesure (1). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'un générateur d'impulsions (11) donnant la mesure de la vitesse circonférentielle est monté sur le tourillon du cylindre (2) ou du cylindre de mesure (1).