Brevet FR2384611A1 — publié le 19781020

La présente invention concerne un procédé perfectionné d'extrusion de produits thermoplastiques semi-expanses, c'est-à-dir de polymères thermoplastiques additionnés d'agents d'expansion de nature chimique. La présente invention a également pour objet un appareil d'extrusion pour la mise en oeuvre de ce procédé. Comme on le sait, l'extrusion à travers une extrudeuse d'une matière plastique expansible et l'obtention d'une expansion aussi complète que possible à l'intérieur d'un dispositif de formage ou de calibrage dispose en aval de la filière d'extrusion entraine en pratique de nombreuses difficultés, tant en ce qui concerne la régularisation du gonflement ou expansion à l'intérieur du dispositif de calibrage qu'en ce qui concerne l'obtention de profilés expansés ayant la régularité de forme de la constance dimensionnelle requises. Dans le but d'améliorer les caractéristiques structurales (ctest-à-dire la forme et l'uniformité des épaisseurs) ainsi que les caractéristiques d'aspect externe des profilés expansés, divers procédés, avec les appareils d'extrusion appropriés, ont déjà été propo sés; ces procédés et appareils, analysés du point de vue de la mani#- re suivant laquelle la masse de matière plastique gonfle, ep sortant de la filière, afin de s'adapter au dispositif de formage, étant basés sur l'un de deux principes fondamentaux - l'expansion ou gonflement de la masse fondue vers l'extE- rieur, c1est-a-dire en raison du fait que la masse fondue qui se trouve à l'intérieur du dispositif de formage, sous l'effet de la pression des gaz résultant de la décomposition de l'agent d'expansion et agissant à l'intérieur de la masse fondue, est poussée contre la paroi intérieure du dispositif de formage jusqu'à ce qu'elle remplisse complètement la cavité de ce dispositif de formage;; - l'expansion de la masse fondue vers l'intérieur du dispositif de formage, en raison du fait que la masse fondue qui se trouve à l'intérieur du dispositif de formage est obligée, du fait de la configuration particulière de ce dernier et sous l'effet de la pression des gaz résultant de la décomposition de l'agent d'expansion, de se gonfler de la paroi intérieure vers la zone centrale de la cavité du dispositif de formage lui-même. Dans le premier cas, la section de l'orifice de sortie de la filière d'extrusion est plus petite que celle du dispositif de formage et, ainsi, que celle du produit fini obtenu, suivant des rap ports qui varient selon la légèreté du produit que l'on désire obtenir. Ce procédé, présente, cependant, un certain nombre d'inconvénients, et plus particulièrement :: - il ne permet pas l'obtention de profilés creux; - il n'est applicable avec un plein succès qu'aux profilés ayant une section transversale relativement uniforme et simple - il présente des difficultés pour la réalisation de profilés ayant une géométrie complexe, c'est-à-dire comportant des épaisseurs non uniformes, des conduits de guidage, des arêtes vives et, en général, des rayons de courbure petits ou moyens, étant donné que l'expansion libre et incontrôlée de la masse fondue n'a pas la force suffisante pour reproduire d'une manière parfaite les éléments géométriques du dispositif de formage 3 - dans le cas des faibles densités (0,3 à 0,4 g/cm > 2 la surface des profilés ainsi obtenus s'avère légèrement rugueuse et écailleuse, de telle sorte que les objets finis qui sont obtenus par ce procédé ont quelquefois une surface dont l'aspect n'est pas satisfaisant. Dans le second cas (expansion vers l'intérieur), la section de l'orifice de sortie de la filière d'extrusion est presqu'égale à celle du dispositif de formage et, ainsi, à celle du profilé fini. Les principales limitations d'un tel procédé sont les suivantes - il produit des profilés ayant une surface externe parfaitement compacte et ayant ainsi un aspect de surface indésirablement brillant et luisant, similaire à celui d'une matière plastique compacte - il présente des difficultés pour la réalisation de pro filés de faible épaisseur ( e 2 2 à 3 mm) - il présente des difficultés pour la production de profilés de faible poids spécifique et d'épaisseur particulièrement importante, qui comportent des cellules uniformes et fines dans toute leur épaisseur. Ainsi, l'un des principaux buts de l'invention est de réaliser des profilés qui ont une surface mate et suffisamment lisse, avec un grain semblable â celui du bois, ctest-à-dire des objets en matière plastique qui conviennent pour remplacer le bois dans toutes ses caractéristiques structurales et esthétiques. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé et un appareil d'extrusion permettant de fabriquer des objets manufacturés du type imitation bois, aussi bien pleins que creux, et comportant des cellules internes fines et uniformes de façon à permettre leur traitement avec les mêmes outils et machines que ceux utilisés pour le bois. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, sont, en pratique, atteints suivant l'invention au moyen d'un procédé d'extrusion de profilés semi-expansés aussi bien pleins que creux, à partir d'une matière thermoplastique semi-expansible, en utilisant une extrudeuse à vis ayant une filière pour tubes munie d'un mandrin ou noyau central et une matrice de formage externe classique, ce procédé con étant, conformément à la présente invention, à provoquer une double expansion de la matière semi-expansible dans la filière et dans la matrice, à savoir une première expansion dans la filière vers l'intérieur de cette dernière suivie d'une expansion dans la matrice de formage vers l'extérieur et l'intérieur de cette matrice; de façon avantageuse, la première expansion se produit entre la surface interne de la filière d'extrusion et un chanfrein (partie conique) de l'extrémité libre du noyau, tandis que l'expansion ultérieu- re est effectuée dans une matrice de formage dont la section transversale est supérieure â celle de la filière d'extrusion. Plus particulièrement, la première expansion est effectuée entre la surface interne de la filière d'extrusion et un chanfrein conique de l'extrémité du noyau, l'angle de chanfrein (angle interne) étant compris entre 200 et 1400, tandis que l'expansion ultE- rieure se produit à l'intérieur d'une matrice de formage dont la section transversale est 2,5 fois environ à 1,25 fois environ supérieure à celle de la filière d'extrusion. Pour la mise en oeuvre pratique de ce procédé, il est prévu un appareil d'extrusion de matières thermoplastiques imitant le bois, du type à vis sans fin, comportant une filière d'extrusion munie d'un mandrin ou noyau de fabrication de tubes et combinée avec une matrice de formage thermocommandée, cet appareil comportant, conformément à la présente invention, un noyau ayant une extrémité libre munie d'un chanfrein tronconique dont l'angle interne est compris entre 200 et 1400, de façon à permettre une première expansion de la matière semi-expansible, et une matrice de formage thermocon- mandée et munie de moyens pour créer un vide dans différentes zones de la matrice, la section transversale de celle-ci étant supérieure à celle de la filière d'extrusion, conformément à un rapport section transversale de la matrice de formage/section transversale de la filière d'extrusion compris entre 2,25 et 1,25, de façon & per- mettre une nouvelle expansion de la matière à l'intérieur de la matrice de formage elle-même, à la fois vers l'extérieur et vers l'intérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 représente, de manière schématique, une vue en coupe axiale d'un appareil selon l'invention approprié pour la fabrication de profilés pleins - la Fig. la est une vue en coupe transversale d'un profilé plein produit avec l'appareil représenté sur la Fig. 1 - la Fig. 2 représente, également de manière schématique, un appareil similaire à celui de la Fig. 1, mais approprié pour la fabrication de profilés creux - la Fig. 2a est une vue en coupe transversale d'un profilé creux (en caisson) fabriqué avec l'appareil de la Fig.2. On se référera maintenant de manière plus précise aux dessins et en particulier à la Fig. 1. L'appareil selon la présente invention est constitué par une extrudeuse 1 à vis sans fin raccordée une filière ou matrice 2 d'extrusion de tubes, c'est-à-dire 4 une filière à l'intérieur de laquelle est monté coaxialement un mandrin ou noyau cylindrique 3 porté par deux supports disposés radialement daps une disposition décalée entre le mandrin et une surface int- rieure cylindrique de la filière 2. Le mandrin ou noyau 3, selon la présente invention, comporte à son extrémité libre un chanfrein conique 4 ayant un angle interne dont la grandeur est variable afin de régler la première expansion qui se produit dans l'espace interne 3' de la filière d' extrusion (dans la zone conique libre), selon la légèreté de la matière extrudée que l'on désire obtenir et selon le type de profilé, à savoir en caisson ou plein, que l'on-désire obtenir. En outre, l'espace annulaire "L" existant entre le noyau 3 et la surface interne cylindrique de la filière 2 est également réglé en fonction de la légèreté de la matière et du type de profilé que l'on désire obtenir. Une matrice de formage 5 est montée en contact direct avec la filière 2, avec interposition de joints d'étanchéité, la matrice 5 étant du type comportant une zone de régulation thermique 6 et une ou plusieurs zones 7 dans lesquelles il est possible de faire un vide fonction du type de matière utilisée et du profilé désiré.Sur la Fig. 1, on a représenté une matrice de formage appropriée pour former un profilé plein 8 (Fig. la) tandis que, sur la Fig.2, on a représenté une matrice de formage 5 appropriée pour former des profilés en caisson du type représenté sur la Fig. 2a et désigné par la référence 9. Dans les deux cas, la matrice de formage 5, selon l'inven- tion, a une section transversale 1'A" supérieure à la section transversale B de la filière d'extrusion Le rapport entre ces deux sections A et B doit être calculé au mieux d'après des valeurs exactes, étant donné que l'effet esthétique de l'imitation bois dépend également de cette valeur. En pratique, on a trouvé que le rapport B/A doit être compris entre 0,40 et 0,80, c'est-à-dire que la section A de la matrice de formage doit être 2,25 à 1,25 fois supérieure à celle B de la filière d'extrusion 2. Avec ces rapports, on obtient, dans la matrice de formage, une expansion#de la matière fondue 3" à la fois vers l'intérieur et vers l'extérieur de la matrice de formage, avec l'avantage qu'il est possible de produire également des profilés semi-expansés de faible épaisseur et, ce qui est le plus important, avec un aspect superficiel imitant le bois. Avec le procédé et l'appareil selon la présente invention, on obtient des profilés qui, en dehors du fait qu'ils présentent un aspect Superficiel imitant le bois, ont également un faible poids spécifique, qui est même inférieur à celui de plusieurs bois utilisés normalement pour la fabrication des meubles. En outre, on peut utiliser un type quelconque de matière thermoplastique, avec la possibilité d'obtenir des profilés pleins ou en caisson comportant des cellules fines et uniformes, ce qui permet un traitement parfait en utilisant les mêmes outils et les mêmes machines que ceux utilisés pour le bois. Enfin, en choisissant de manière appropriée l'angle du chanfrein, en effectuant une thermorégulation appropriée et en créant un vide dans des zones appropriées de la matrice de formage, il est possible de produire également des profilés de forme complexe, c'est-à-dire ayant une épaisseur inégale et des angles vifs. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'extrusion de profilés en matière plastique semi-expansée, aussi bien pleins qu'en caisson ou analogues, carac tersé en ce que l'on contraint la matière thermoplastique semi-expansible, extrudée à travers une filière d'extrusion de tubes munie d'un noyau interne et d'une matrice de formage externe de type classique, à subir une-double expansion et, plus précisément, une première expansion à l'intérieur de la filaire d'extrusion munie d'un noyau interne, en direction de l'intérieur de la filière, et une expansion ultérieure à l'intérieur de la matrice de formage, à la fois vers l'intérieur et vers l'extérieur de cette matrice. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première expansion est effectuée entre la surface intérieure de la filière d'extrusion et un chanfrein conique formé sur l'extrémité libre dudit noyau interne, tandis que l'expansion ultérieure de la matière se produit à l'intérieur d'une matrice de formage ayant une section transversale supérieure à celle de la filière. 3 - Appareil d'extrusion pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une extrudeuse à vis sans fin comportant une filière d'extrusion de tubes munie d'un petit noyau interne dont l'extrémité libre est chanfreinée et forme essentiellement un cône ayant un angle intérieur compris entre 200 et 1400, et une matrice de formage thermorégulée, munie de zones de mise sous vide et ayant une section transversale 2,25 à 1,25 fois supérieure à la section transversale de l'orifice de sortie de la filière d'extrusion.