Brevet FR2377878A1 — publié le 19780818

La présente invention a pour objet un perfectionnement aux têtes d'extrusion pour films tubulaires en matière plastique. Pour bien situer l'invention, on procèdera tout d'abord à un bref rappel de certains dispositifs de l'art antérieur ; ceux-ci peuvent être classés en deux catégories essentielles en fonction de leur système d'alimentation, à savoir - alimentation centrale, - alimentation latérale. Dans le premier cas, la masse plastique fondue est injectée suivant l'axe du corps de filière et se répartit en une nappe cylindrique en remontant le long de l'entrefer d'extrusion ménagé entre le corps de filière et un poinçon central ; dans une forme de réalisation connue, le poinçon central est maintenu par des bagues-entretoises percées de trous ou par des ailettes. Ces points de support du poinçon constituent des solutions de continuité dans l'écoulement de la matière et gênent sa répartition homogène.Une variante du même principe vise à pallier ce défaut en mettant en oeuvre un poinçon central comportant à sa partie inférieure une série de canaux radiaux qui débouchent dans des gorges hélîcoidales creusées dans le poinçon et formant avec la paroi en vis-à-vis du corps de filière une pluralité de passages d'où s'échappe la matière fondue en direction des lèvres d'extrusion. En réduisant progressivement dans la gorge héli cordiale du point d'admission vers celui de sortie, la section de passage, tout en faisant croître parallèlement l'entrefer d'extrusion, on contrôle le vidage progressif de ces gorges et on crée un tube à partir d'un nombre fini de canaux d'alimentation, par superposition des nappes élémentaires engendrées par chacune des gorges hélicotdales. Du fait de la répartition symétrique de la matière à extruder autour du poinçon central, ces filières donnent dans ces deux variantes de bons résultats quant aux tolérances d'épaisseur des films tubulaires extrudés. Ce mode opératoire ne permet pas en revanche, de façon simple, la mise en oeuvre de dispositifs de refroidissement procédant par admission centrale d'un fluide de refroidissement, ce fluide, à lté- tat gazeux, pouvant d'ailleurs être lui-mEme réfrigéré et remplir la double fonction de réfrigératiqn et de sustentation. En tout état de cause, la section utilisable pour le passage du fluide est réduite et il vient s'y ajouter les difficultés d'isolement et le parcours complexe entre les canaux d'admission, dans le cas de la seconde va riante évoauée ci-dessus. Dans le cas de l'alimentation latérale, la masse fondue est injectée latéralement par le corps de filière, en direction perpendiculaire à la direction d'extrusion, et se met en forme cylindrique en circulant autour d'un poinçon central. Ce procédé est lié à deux inconvénients : d'une part, il y a répartition hétérogène de la matrière car les différents parcours entre l'orifice d'admission et entrefer d'extrusion ne sont pas identiques et, d'autre part, la zone de jonction au point de confluence des nappes de matière arrivant de part et d'autre du poinçon se traduit sur le produit fini, par une trace visible de soudage, accompagnée d'une faiblesse dans la résistance longitudinale et, généralement, d'un défaut d'épaisseur. En revanche, ce type de filière permet la mise en place sans difficulté de canalisations de fluide de refroidissement (air ou eau) de grande section. L'invention vise à définir un dispositif éliminant les défauts de chacun des deux types de filières de l'art antérieur mais combinant, par contre, leurs avantages ; un tel dispositif est constitué par une filière du type à alimentation latérale mais assurant une répartition parfaitement homogène de la matière tout le long de l'en- trefer circulaire d'extrusion, supprimant, bien entendu, la trace de soudage longitudinale des deux nappes à l'opposé de l'orifice d'injection et améliorant simultanément les tolérances d'épaisseur du tube mince extrudé. A cet effet, la tête d'extrusion selon l'invention, pour films tubulaires en matière plastique, du genre dite à alimentation latérale, comportant un corps de filière adapté à recevoir intérieurement, un poinçon central coaxial, les profils respectivement intérieur et extérieur dudit corps et dudit poinçon définissant successivement entre eux de bas en haut, d'une part, une chambre d'admission limitée à sa partie inférieure par une rampe oblique à la partie basse de laquelle débouche, nerpendiculsirement à la direction d'extrusion1 un canal-d'alimentation et, d'autre part, un entrefer annulaire d'extrusion qui se termine à la partie supérieure par des lèvres d'extrusion, la matière plastiaue injectée par ledit canal se divisant en deux flux circulant autour dudit poinçon, tout en progressant vers le haut, en sens inverse l'un de l'autre pour confluer en un point diamétralement opposé au point d'injection et la nappe résultante étant ensuite refoulée l#e long dudit entrefer vers les lèvres d'extrusion, est caractérisée par l'interposition entre ledit corps de filière et ledit poinçon central, à la hauteur de l'o- rifice du canal d'alimentation, d'une bague intermédiaire dont la partie inférieure qui s'étend dans ladite chambre d'admission, à distance respective dudit corps et dudit poinçon, est conformée de manière à définir, d'une part, avec ledit corps de filière, une chambre d'admission avant dans laquelle débouche ledit canal et dont la section de passage diminue progressivement depuis l'orifice du canal d'alimentation jusqu'à un point diamétralement opposé du corps de filière et, d'autre part, avec ledit poinçon central, une chambre d'admission arrière communiquant avec la première par une fente circulaire limitée par ladite rampe du corps de filière et la face inférieure de ladite bague intermédiaire. Cette première disposition assure en fait, sur le plan de l'ho- mogénéité de répartition de la matière plastique au sein de la nappe cylindrique entourant le poinçon central avant son passage dans l'entrefer d'extrusion, la conversion d'une alimentation latérale en alimentation centrale. Ainsi qu'on le montrera au cours de la des eription, par le Jeu de la variation linéaire des pertes de charge le long de la fente circulaire reliant les chambres d'admission avant et arrière, on réalise une parfaite distribution de la matière tout autour du poinçon central. Avantageusement, ledit-poinçon comporte dans sa partie. supérieure comprise entre ladite chambre d'admission arrière et lesdites lé- vres d'extrusion, des moyens mélangeurs adaptés à subdiviser la nappe montante provenant de ladite chambre d'admission arrière en une pluralité de flux élémentaires et à les acheminer, en les mélangeant, le long dudit entrefer dstextrusion. Ces moyens sont constitués par une pluralité de rainures hélico#dales dont les entrées et sorties sont symétriquement réparties sur la périphérie du poinçon et définissent avec la face en regard de ladite bague intermédiaire ledit entrefer d'extrusion. Cette conformation de la partie supérieure du poinçon central en tete "multifilets" engendre, à partir d'une ébauche de tube cylindrique à l'entrée de l'entrefer d'extrusion, un tube fini consti-. tué par la superposition de nappes élémentaires, intfimement niélan- gées en vue d'une épaisseur régulière du tube et assure la suppression de la trace révélant la-ligne -de soudage. Selon une caractéristique de l'invention, au moins dans la partie de sa hauteur comportant lesdites rainures hélicordales, ledit poinçon présente un profil extérieur légèrement coni#que vers le haut de manière à engendrer de bas en haut une réduction progressive de la profondeur desdites rainures et un accroissement de la largeur de 11 entrefer d'extrusion. On contrôle ainsi le malaxage des nappes successives et le cali- brage du tube extrudé. Préférentiellement, ladite bague intermédiaire est constituée par deux bagues coaxiales embouées, l'une extérieure, l'autre intérieure, en forme de tronc de cylindre base oblique inférieure, orientées axialement de sorte que lesdites bases inférieures obliques présentent une hauteur d'écartement maximum devant l'orifice dudit canal d'alimentation et une hauteur d'écartement pratiquement nulle en un point diamétralement opposé, cette hauteur diminuant progressivement entre ces points extrêmes. Cette bague extérieure coopère par sa surface extérieure avec celle intérieure du corps de filière audessus et à partir du point au niveau duquel ledit canal débouche dans ladite chambre d'admission avant. On réalise ainsi au moyen de pièces de conformation simple la chambre d'admission avant dont la hauteur diminue progressivement depuis l'orifice du canal d'injcction Jusqu'au point dissetraleaent opposé du poinçon central. La bague extérieure est précisément encastrée ou logée de telle manière dans le corps de filière que la face inférieure la plus hau- te de sa base oblique vienne au ras du canal d'injection, les pertes de charge dues au trajet dans l'entrefer de la chambre avant étant ainsi maximales en ce point. Avantageusement, ladite rampe-du corps de filière est susceptible de déplacement vers le bas et vers le haut de manière à faire varier les valeurs successives de ladite hauteur d'écartement. Par ailleurs, lu pente sur l'horizontale de ladite rampe du corps de fi liere est différente de celle de la base oblique de ladite bague in t érieure. Ces deux mesures visent à agir sur les pertes de charge ; en effet, le réglage dans le sens vertical de la rampe permet de faire varier le trajet vertical parcouru par la matière fondue dans lten- trefer de longueur variable de la chambre d'admission avant tandis que la divergence de la rampe du corps de filière et de la base oblique de la bague intérieure entraîne une variation progressive de la perte de charge du point d'éjection vers le point de confluence. tes autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor tiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, d'un mode de réalisation de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation chématique, vue en coupe verticale, d'un dispositif d'extrusion connu du type à alimentation centrale - la figure 2 est une représentation schématique, vue en coupe verticale, d'un autre dispositif d'extrusion connu, du type à alimentation centrale - - la figure 3 est une représentation schématique, vue en coupe verticale, d'un dispositif d'extrusion connu, du type à alimentation latérale - la figure 4 est une vue schématique, en coupe verticale, de la tête d'extrusion selon l'invention - - la figure 5 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, de la tête d'extrusion de la figure 4; et - la figure 6 est une vue détaillée et à plus grande échelle, en coupe verticale, d'une tête d'extrusion selon l'invention. En premier lieu, on commentera brièvement les dispositifs de l'art antérieur des figures 1, 2 et 3. Dans la filière de la figure 1,-la masse plastique fondue est injectée suivant le sens de la flèche F dans une chambre il et se forme en gaine tubulaire autour du poinçon central 12 lequél est maintenu et centré par des entretoises ou ailettes 13. On constate que, s'il y a répartition homogène de la masse fondue autour du poin çon 12, il est en revanche assez difficile de prévoir une arrivée de fluide dans l'axe d'extrusion pour la sustentation et/ou le refroidissement intérieurs du tube extrudé. La tête de la figure 2 n'apporte aucune amélioration sur ce plan mais elle pallie la difficulté liée à la présence des entretoises ou ailettes de maintien du poinçon. La masse fondue arrivant selon la flèche F est évacuée par des canaux radiaux 21 débouchant dans des gorges hélicoZdales 22 du poinçon 23 ; la masse à extruder remonte le long de ces gorges 22 tout en s'échappant dans l'entrefer 24 ménagé entre le poinçon 23 et le corps de filière 25. Le tube extrudé 26 présente une bonne régularité d'épaisseur. La figure 3 correspond aux filières à alimentation latérale ; la masse fondue est injectée par le canal 31 débouchant, à la base d'une rampe 32, dans une chambre 33 entourant le fût du poinçon 34. On constate qu'effectivement, cette disposition se prête à l'incorpora- tion de canalisations centrales dans le poinçon 34 pour la circulation d'un fluide de refroidissement. En revanche, le flux de matière injectée selon F se scinde au niveau du poinçon 34 et se ressoude à l'opposé de l'orifice d'admission. La rampe 32 assure une alimentation relativement.homogène de l'entrefer 35 mais le tube 36 conserve pour le moins la trace de la soudure de jonction et, le plus souvent, une zone d'affaiblissement le long de cette trace. Les figures 4, 5 et 6 auxquelles on se réfère maintenant mettent en évidence le perfectionnement apporté par l'invention aux têtes d'extrusion correspondant soit à la figure 3 soit aussi à la figure 2. La tête d'extrusion selon l'invention comporte un corps 41 présentant un canal d'alimentation latéral 42 et un poinçon central, désigné par 43 dans son ensemble, lequel est coiffé sur une partie de sa hauteur d'un manchon "multifilets" 44. Entre le corps 41 et le poinçon 43 sont logées deux bagues concentriques 46 (extérieure) et 45 (intérieure) conformées en troncs de cône cylindrique annulaires.Tandis que les bases perpendiculaires à l'axe d'extrusion 47 des bagues 45 et 46 se situent dans le plan horizontal du sommet du poinçon 43, les arêtes périphériques en regard du sommet du poinçon 43 et de la bague 45 définissant d'ailleurs les lèvres d'extrusion 52, 53, les bases obliques 48 et 49 sont décalées par orientation axiale de telle manière à présenter un point de contact 55 au niveau d'une génératrice diamétralement opposée à l'axe du canal 42, et un écartement maximum en regard de l'orifice 50 de ce canal. On retrouve en 51 la rampe inférieure annulaire du corps de filière 41 dont la pente est voisine mais normalement non égale à celle de la bague 46. L'examen des figures 4 et 5 permet de suivre le trajet suivi par la matière au sein de la filière depuis le canal d'alimentation 42 jusqu'aux lèvres d'extrusion 52, 53. Injectée par le canal 42, au niveau de la partie haute de la base oblique 48, la matière s'écoule dans la chambre d'admission avant 54 limitée latéralement par les parois respectivement intérieure et extérieure en regard du corps de filière 41 et de la bague 45, dans le haut par la face inférieure de la base oblique 48 de la bague 46 et dans le bas par la face inférieure de la base oblique 49 de la bague 46. Dans ce trajet, la matière descend le long de la bague 45 tout en l'entourant progressivement, la hauteur de cette course descendante se réduisant progressivement depuis le canal d'alimentation 42 jusqu'au point de contact 55, diamétralement opposé des bases obliques 43 et 49. Arrivée dans le bas de la face extérieure de la bague 45, la matière fran chit la fente circulaire 56 limitée par la rampe annulaire 51 du corps de filière 41 et la face inférieure de la base oblique 49 pour déboucher dans la chambre d'admission arrière 57. Dans cette dernière, elle remonte le long du corps 58 du poinçon central en passant à travers un entrefer "e" dont, à nouveau, la hauteur varie de façon constante entre le point A situé au droit du canal d'alimentation 42 et le point B qui lui est diamétralement opposé. La matière injectée se trouve donc ainsi uniformément distribuée autour du corps 58 du poinçon 43 ; ainsi qu'on l'a exposé dans la partie du préambule traitant de l'art antérieur, elle présente le long de sa génératrice située au droit du point B une ligne de soudage provenant de la jonction des deux nappes s'écoulant à partir du canal 42 autour du corps 58 du poinçon 43. Cette ébauche tubulaire arrive à la partie inférieure du manchon multifilets 44 où elle se divise au niveau des entrées des filets 59 en une pluralité de flux élémentaires progressant le long des canaux 60 définis par les gorges de ces filets 59 et la paroi intérieure en regard de la bague 45 ; au fur et à mesure de sa mon tée le long des canaux 60, la matière s'échappe par l'entrefer de largeur variable "f" formant une nappe élémentaire qui se combine progressivement avec celles engendrées par les canaux voisins. Il se produit ainsi la reconstitution d'un tube dont l'épaisseur est définie par l'entrefer de sortie au droit des lèvres d'extrusion 52, 53. On notera que le manchon 44 présente un profil extérieur légèrement conique vers le haut, les nappes de matière subissant, au niveau des filets inférieurs, un intermalaxage très énergique visant à homogé néiser le tube en formation et à éliminer toute trace de la ligne de soudage précitée. Alors que les figures 4 et 5 donnent une représentation simplifiée de la tête d'extrusion selon l'invention, la figure 6 cprrespond à la vue en coupe d'une version industrielle. On notera en premier lieu l'alésage central 61 et le conduit 62 offrant la possibilité de créer dans le tube sortant des lèvres d'extrusion un fluide de réfrigération et/ou- de suçtentation. Dans cette forme de réalisation, les bagues 45 et 46 sont des éléments de hauteur limitée logés dans la pièce centrale 63 du corps de filière. Cette figure met bien en évidence le trajet suivi par la matière injectée au niveau du canal 42 (flèches F et G); on signalera encore deux dispositions importantes permettant d'intervenir sur la répar tition homogène de la matière avant son passage dans les filets 59 du manchon 44. D'une part, la bague 64 du corps de filière à la partie inférieure de laquelle est rapportée la rampe annulaire 51 est réglable selon l'axe vertical pour augmenter ou diminuer la longueur de la course ascendante de la matière dans la chambre arrière 57 le long du corps de poinçon 58 ; par ailleurs, la pente de cette rampe 51 est différente de celle de la face inférieure de la base oblique 49.Sur le plan des pertes de charge le long du trajet suivi par la matière à extruder, -ces dispositions se traduisent de la saunière suivante Du fait de l'importance de la section de ka chambre d'admission avant 54, les pertes de charge y seront relativement faibles ; après avoir franchi la fente circulaire 56 entre la rampe 51 et la face oblique 49 de la bague 45, la matière remonte dans l'entrefer "e" dont la longueur varie de façon constante entre le point A et la point B, précédemment définis, de sorte que la perte de charge est .plus importante en A qu'en tout autre point de la fente 56 ce qui assure la compensation des trajets suivis par la matière depuis la fente 56 jusqu'au manchon multifilets 44.C'est précisffiment grâce au déplacement de la bague 64 que lton peut intervenir sur cet équilibre des pertes de charge. La différence des pentes de la rampe 51 et de la face oblique 49 crée une variation de la perte de charge au franchissement de la fente circulaire 56 entre les points extrêmes A et B. Ainsi qu'on l'a exposé en détail plus haut, cette combinaison de moyens assure une excellente distribution de la matière autour du corps 58 du poinçon 43. On notera qu'au droit du point B où se trouve alors la trace de soudage de l'ébauche de tube, ce dernier est reconstitué par n nappes successives si n est le nombre de filets du manchon 44. Cette zone de soudage n'intervient donc plus dans le produit fini que pour le rapport 1/n considéré sur l'épaisseur totale du tube extrudé, ce qui correspond à sa disparition visuelle. La présente invention n'est bien entendu nullement limitée à la forme de réalisation représentée ou décrite mais englobe toute variante d'exécution et/ou d'application. En particulier, sous un autre aspect, l'invention vise l'utilisation du dispositif de l'invention pour assurer le mélange, en vue de son homogénéisation par exemple en température d'un flux de matière plastiaue ou pour éliminer dans un tel flux des lignes de moindre résistance ou des-traces de soudage orientées dans le sens du flux. REVEND I CAT IONS 1. Tête d'extrusion pour films tubulaires en matière plastique du genre dite à alimentation latérale comportant un corps de filière adapté à recevoir intérieurement, un poinçon central coaxial, les profils respectivement intérieur et extérieur dudit corps et dudit poinçon définissant successivement entre eux de bas en haut, d'une part, une chambre d'admission limitée à sa partie inférieure par une rampe oblioue à la partie basse de laquelle débouche, perpendiculairement à la direction d'extrusion, un canal d'alimentation et, d'autre part, un entrefer annulaire d'extrusion qui se termine à la partie supérieure par des lèvres d'extrusion, la matière plastique injectée par ledit canal se divisant en deux flux circulant autour dudit poinçon, tout en progressant vers le haut, en sens inverse l'un de l'autre pour confluer en un point diamétralement opposé au point d'injection et la nappe résultante étant ensuite refoulée le long dudit entrefer vers les lèvres d'extrusion, ladite tête d'extrusion caractérisée par l'interposition entre ledit corps de filière re et ledit poinçon central, à la hauteur de l'orifice du canal d'alimentation, d'une bague intermédiaire dont la partie inférieure qui s'étend dans ladite chambre d'admission, à distance respective dudit corps et dudit poinçon, est conformée de manière à définir, d'une part, avec ledit corps de filière, une chambre d'admission avant dans laquelle débouche ledit canal et dont la section de passage diminue progressivement depuis l'orifice du canal d'alimentation jusqu'à un point diamétralement opposé du corps de filière et, d'autre part, avec ledit poinçon central, une chambre d'admission arrière communiquant avec la première par une fente circulaire limitée par ladite rampe du corps de filière et la face inférieure de ladite bague intermédiaire. 2. Tête d'extrusion selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en outre, en combinaison, ledit poinçon comporte dans sa partie supérieure comprise entre ladite chambre d'admission arrière et lesdites lèvres d'extrusion, des moyens mélangeurs adaptés à subdiviser la nappe montante provenant de ladite chambre d'admission arrière en une pluralité de flux élémentaires et à les acheminer, en les mélangeant, le long dudit entrefer d'extrusion. 3. Tête d'extrusion selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens sont constitués par une pluralité de rainures hélicoOdales dont les entrées et sorties sont symétriquement réparties sur la périphérie du poinçon et définissent avec la face en re gard de ladite bague intermédiaire ledit entrefer d'extrusion. 4. Tête d'extrusion selon la revendication 3, caractérisée en ce que, au moins dans la partie de sa hauteur comportant lesdites rainures hélico#dales, ledit poinçon présente un profil extérieur légèrement conique vers le haut de manière à engendrer de bas en haut une réduction progressive de la profondeur desdites rainures et un accroissement de la largeur de l'entrefer d'extrusion. 5. Tête d'extrusion selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite bague intermédiaire est constituée par deux bagues coaxiales emboîtées l'une extérieure, l'autre intérieure en forme de tronc de cylindre à base oblique inférieure, orientées axialement de sorte que lesdites bases inférieures obliques présentent une hauteur d'écartement maximum devant 11 orifice dudit canal d'alimentation# et une hauteur d'écartement pratiquement nulle en un point diamétralement opposé, cette hauteur diminuant progressivement entre ces points extrêmes. 6. Tête d'extrusion selon la revendication 5, caractérisée en ce que la bague extérieure coopère par sa surface extérieure avec celle intérieure du corps de filière audessus et à partir du point au niveau duquel ledit canal débouche dans ladite chambre d'admission avant. 7. Tête d'extrusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite rampe du corps de filière est susceptible de déplacement vers le bas et vers le haut de manière à faire varier les valeurs successives de ladite hauteur d'écartement. 8. Tête d'extrusion selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce aue la pente sur l'horizontale de ladite rampe du corps de filière est différente de celle de la base oblique de ladite bague intérieure. 9. Application de la tête d'extrusion selon une auelconque des revendications précédentes à l'homogénéisation d'une masse de matière plastiaue à l'état fondu en vue de son façonnage ultérieur. 10. Dispositif mélangeur pour matière plastique à l'état fondu, caractérisé en ce qu'il comporte une tête d'extrusion selon une auelconaue des revendications 1 à 8. 11. Dispositif de façonnage de matériaux thermo-plastiques, caractérisé en ce au'il comporte une tête d'extrusion selon une quelconque des revendications 1 à 8.