Brevet FR2360408A1 — publié le 19780303

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif permettant d'effectuer le prémoussage des matières plastiques expansibles et en particulier le prémoussage des copo lymàres du styrène. Le moulage des matières plastiques comprend ordinairement trois opérations à savoir le prémoussage ou pré-expansion des matières premières, le stockage intermédiaire de ces matières et le moulage proprement dit. Pour effectuer le prémoussage on soumet la matière pre mière se présentant sous forme de billes dans lesquelles est incorpore un progène, à- un chauffage entre gb et-105 C au moyen de vapeur ce qui a pour effet de dilater les billes. Cette vapeur contrairement à d'autres gaz, a l'avantage d'une part, de céder une grande quantite de chaleur au moment de sa condensation sans entrainer une baisse de la température et, d'autre part, de diffuser rapidement à l'intérieur des billes ce qui renforce l'action du porogène. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on utilise un appareil cylindrique dans lequel la matière est agitée mécaniquement et chauffée à la vapeur. En un seul traitement de ce genre on fait passer les billes d'un poids de 600 Kg/m3 à 20 Kg/m3 et avec un traitement ultérieur, on peut obtenir des billes encore plus le- gères. Les billes ainsi obtenues ne sont pas utilisables pour le moulags-immediatement. En effet, au cours de leur chauffage les billes absorbent de la -vapeur et au cours du refroidissement la condensationde-la vapeur provoque un certain vide à l'interîeur des billes que l'on comble au moyen d'un gaz et en particulier au moyen d'air. Cette réabsorption de gaz qui constitue ce que l'on appelle la maturation s'effectue le stockage intermédiaire. Suivant un autre procédé, on agite et on chauffe la matitre expansible se présentant par exemple sous forme de billes dans une enceinte à parois chauffées. Dès que les billes ont atteint une certaine température, on fait le vide à l'intérieurde l'enceinte ce qui a pour effet de favoriser l'expansion des billes. On arrête l'expansion par pulvérisation d'eau, on refroidit les billes au-dessous de leur température de ramollissement. Ce procédé a l'avantage de diminuer le temps de maturation, mais exige ltemploi d'expanseurs assez élaborés et-onéreux et les opérations sont relativement longues. En outre, les billes contiennent de l'eau et le porogène par exemple du pentane est présent en quantité moindre que dans le cas du procédé précédent. L'invention a pour objet un procédé de prémoussage des matières plastiques expansibles et en particulier des copolymères du styrène, consistant essentiellement à agiter, chauffer les matières préchauffées se présentant sous forme de billes en les soumettant à l'action d'un fluide gazeux chaud ascendant et giratoire dont le débit et la température sont réglés de façon à soulever les billes, à les agiter et à les chauffer jusqu'à leur température re de ramollissement et à utiliser immédiatement les billes préexpansées ainsi obtenues pour le moulage. L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, cet appareil est un préexpanseur caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement - une cuve alimentée par des billes de matière expansi ble préchauffée, - un générateur de fluide et des moyens de pulvériser le fluide suivant un régime turbulent ascendant, - des moyens de régler le débit d'arrivée et de sortie des billes, le débit du fluide ainsi que la température du fluide et de la cuve, - des moyens d'évacuation des billes préexpansées dans le haut de la cuve. Les billes vierges sont préchauffées à environ 500 C avant introduction dans l'expanseur. On sait que par kg de fluide la vapeur a un pouvoir calorifique beaucoup plus important qu'un fluide gazeux tel que l'azote, le C02 ou l'air ; c'est pourquoi le préchauffage est nécessaire afin de diminuer dans l'expanseur lui-m & e, la quantité de calories nécessaire à l'expansion des billes et par là aussi, de maintenir à l'intérieur de l'expanseur Lne température du fluide gazeux beaucoup plus facilement homogène et variant très peu. Le fluide gazeux le plus approprie est le C02 qui est un gaz inerte et non dangereux et qui après la vapeur est un des gaz pénétrant le plus facilement dans les billes en expansion. Le débit du fluide dans l'expanseur est d'environ 10Kg par heure par Kg de polystyrène expansé. L'expansion se fait dans le fluide gazeux maintenu entre 95 et 1000C dans le cas du polystyrène et sa température, son débit et le temps de séjour des billes dans l'expanseur détermi nent la densité du produit à sa sortie. On peut noter que dans cet appareil les billes sont maintenues en suspension et agitées par le fluide qui assure une température constante en tous les points de la cuve. Les billes non encore expansées sont les plus lourdes et ont tendance à rester dans le fond de la cuve et s'élèvent au fur et à mesure qu'elles sont chauffées et que leur densité décret. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation de l'appareil donné en référence aux figures I et 2 des dessins annexés. Suivant un premier mode de réalisation, l'appareil représenté sur la figure I comprend essentiellement une cuve 1 évasée au-dessus de laquelle est centré et fixé un générateur de fluide 2 et un ventilateur d'air chaud 3 placé latéralement dans le haut de la cuve. La cuve 1 est alimentée dans sa partie haute en permanence par des billes de matière expansible qui ont été préchauffées dans une chambre 4 à environ 50 C. La paroi 5 de la cuve est chauffée extérieurement par une jaquette 6 parcourue par un fluide chaud. On règle sa température à une valeur constante choisie de façon que les billes puissent atteindre leur température de ramollissement. Le générateur de fluide est équipé d'une buse 7 dont le pourtour est percé d'ouvertures8 disposéessur un trajet hélicoïdal et dont la sortie 9 est maintenue juste au-dessus du fond 10 en face d'une partie conique 11 qui assure une équirépartition du fluide dans la cuve. Le ventilateur à air chaud 3 à débit variable envoie de ltair pulsé au moyen d'une bulle 12 en face du haut de la paroi de la cuve I de façon à éviter que sous l'effet de la dé pression qui règne à cet endroit certaines billes ne s'agglutinent sur la paroi. Les billes traitées sont évacuées dans le haut de la cuve par la conduite 13. Dans un tel appareil les billes qui sont introduites en permanence au moyen d'un doseur automatique pénètrent dans la cuve où elles sont soumises à l'action d'un fluide ascendant, par exemple de l'air chaud qui est particulièrement turbulent puisqu'il provient du fond de la cuve de chaque cté de la partie conique 11 et aussi des orifices 3 qui sont disposés suivant une ligne hélicoidale sur la buse. Seules les billes ayant acquis une certaine légèreté sont évacuées dans le haut de la cuve par le conduit 13, les billes restantes retombent et sont chauffées complémentairement par le flux gazeux jusqu'à ce qu'à leur tour elles soient devenues suffisamment légères pour pouvoir autre évacuées. Suivant un second mode de réali#ation qui est préféré, l'appareil comprend essentiellement une enceinte 20 de forme cy lindrocnique au fond de laquelle débouche un conduit d'alimentation 21 en billes vierges et une buse 22 d'alimentation en air chaud. Sur le fond de l'enceinte est fixé une pièce conique 23 destinée à favoriser le mouvement de giration du jet d'air chaud dès sa pénétration dans l'enceinte. Un ensemble 24 d'évacuation des billes préexpansées et de l'air chaud est monté au sommet de l'enceinte. Avant leur introduction dans l'enceinte du préexpanseur les billes vierges sont chauffées dans une chambre 25 en communication avec un doseur 26 qui règle l'alimentation convenable de l'enceinte en billes vierges. Sur le fond de l'enceinte 27 et en son centre est fixée la pièce conique 23, celle-ci est entourée d'un plateau mobile 28 qui peut tourner sur des roulements à billes non représentés sur le simple effet du jet d'air chaud arrivant par la buse 22. On peut remarquer qu'en variante, on peut utiliser une pièce conique et un plateau qui soient solidaires entre eux et par suite tous deux mobiles. Au-dessus du plateau 28 un fil 29, par exemple en métal et d'un diamètre d'environ 0,5 mu, est tendu horizontalement entre la pièce conique 23 et l'entrée de la buse 22 de façon à soulever les billes qui pourraient demeurer sur le plateau. L'alimentation en air chaud s'effectue non seulement par la buse 22 mais également par un conduit évasé 30 qui débouche dans une chambre 31 adjacente à l'enceinte 20 et pourvue de fentes telles que 32. Le débit de l'air qui est réchauffé dans la chambre 33 est contrôlé par un détecteur 34 qui commande l'ouverture ou la fermeture des volets 35 et 36 et le fonctionnement du moteur 37 à vitesse variable entraînant un ventilateur 38 d'aspiration de l'air contenu dans l'enceinte 20.Pour compenser les fuites d'air, on ajoute périodiquement de l'air en 39 dans un conduit 40 qui relie le ventilateur 36 et un tamis 41 prévu au sommet, et de préférence au centre de l'enceinte pour aspirer l'air à ltexclusion des billes préexpansées qui sont aspirées par un conduit d'évacuation dont l'ouverture 42 de section rectangulaire est réglée en rapprochant plus ou moins les deux éléments 43 et 44 représentés en pointillés d'une porte coulissante. Le fonctionnement de l'expanseur se déduit de la description ci-dessus, on ne l'indiquera donc que brièvement ci-après Dès que les billes vierges préchauffées pénètrent dans l'enceinte 20, elles sont entraînées en rotation sur le plateau qui est lui-méme entrainé en rotation par l'arrivée du jet d'air chaud en provenance de la buse 22 Le fil 29 aide au décollement des billes qui sont entraînées par le jet d'air chaud, d'abord autour de la pièce conique 23 et ensuite dans un mouvement ascendant giratoire vers le haut de l'enceinte. L'arrivée de l'air chaud par les fentes 32 contribue à renforcer l'action du jet d'air chaud.Les billes les plus expansées sont entraînées vers le haut de la cuve, alors que les autres billes plus lourdes ont tendance à descendre et sont soumises à nouveau à l'action du jet d'air chaud ascendant jusqu'à leur complète préexpansion. Les billes préexpansées sont aspirées par l'ouverture 42 dans un conduit d'évacuation. On précise que les billes de polystyrène sont chauffées entre 95 et 100oC ce qui correspon#d à leur point de ramollissement. A cette température l'agent porogène, du pentane par exemple, se dilate et provoque l'expansion des billes. En une seule opération on obtient des billes expansées ayant une densité de 16 Kg/m3. Pour régler cette densité, on fait varier essentiellement trois paramètres - le débit d'alimentation en billes - le débit du fluide dtexpansion - la durée du passage des billes dans le fluide. On obtent ainsi une expansion régulière des billes qui, à densité égale, sont plus brillantes et aussi plus résistantes mécaniquement que les billes expansées à la vapeur. Il convient de remarquer que si la durée de l'expansion dans un fluide gazeux Es légèrement plus longue que dans le cas de 11 expansion à la vapeur, les billes en revanche présentent le gros avantage de pouvoir autre utilisées directement pour le moulage. On peut donc incorporer le préexpanseur à ltensembAe de la machine à mouler et éviter entre autres une perte de matière par transbordement qui peut atteindre 2 % du poids de la matière. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de prémoussage des matières plastiques expansibles et en particulier des copolymères du styrène, consistant essentiellement à agiter, chauffer les matières préalablement préchauffées se présentant sous forme de billes en les soumettant à l'action d'un fluide gazeux chaud ascendant et giratoire dont le débit et la température sont réglés de façon à soulever les billes, à les agiter et à les chauffer jusqu'à leur température de ramollissement, et à utiliser immédiatement les billes préexpansées ainsi obtenues pour le moulage, carac térisé en ce qu'il comprend essentiellement - une cuve alimentée par des billes de matière expansible préchauffée, - un générateur de fluide et des moyens de pulvériser le fluide suivant un régime turbulent ascendant, - des moyens de régler le débit d'arrivée et de sortie des billes, le débit du fluide ainsi que la température du fluide et de la cuve, - des moyens d'évacuation des billes préexpansées dans le haut de la cuve. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme moyens de pulvériser le fluide suivant un régime turbulent ascendant, on utilise une buse d'arrivée d'air chaud percée d'orifices disposés le long d'une ligne hélicoidale, l'axe de la buse étant disposé verticalement et la buse débouchant au-dessus du sommet d'une partie conique émergeant du fond de la cuve. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme moyens de pulvériser le fluide suivant un régime turbulent,on utilise une pièce conique posée sur le fond de la cuve, un plateau mobile autour et à la base de la pièce c#onique, un fil horizontal placé juste au-dessus du plateau, une arrivée d'air chaud à la base de la cuve, une pluralité de fentes prévues pour l'arrivée d'air chaud et ménagées dans la paroi de la cuve. Nouvelles revendications déposées après Premier Projet d'Avis Documentaire