Brevet FR2459126A1 — publié le 19810109

La présente invention se rapporte à des procédés d'extrusion. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à l'extrusion de polymères difficiles à traiter, comme par exemple des polyimides, sous forme de pièces ayant une géométrie périphérique complexe et discontinue. Des pièces ayant une géométrie complexe et discontinue et composées d'un polymère difficile à traiter sont typiquement fa- briquées en donnant au polymère une forme simple, par exemple la forme d'une barre, puis en réalisant ensuite par usinage de la barre la pièce de forme désirée. Par exemple, pour fabriquer un fourreau à collerette en polyimide, on effectue le tournage d'un tronçon de barre cylindrique ayant le diamètre de la collerette de façon à usiner au tour les parties cylindriques du fourreau. On perce ensuite un trou dans la pièce cylindrique le long de son axe longitudinal. En conséquence, pour produire un simple fourreau à collerette qui est formé d'un polymère difficile à traiter, il est nécessaire dans le domaine connu de faire inter- venir plusieurs opérations de fabrication. L'invention a pour but de fournir un procédé pour l'extrusion d'une poudre contenant un polymère difficile à traiter sous forme de pièces ayant une géométrie complexe et discontinue, comme par exemple un fourreau à collerette. Conformément à la présente invention, il est prévu un procédé pour extruder une poudre contenant un polymère sous forme de pièces ayant une géométrie périphérique complexe et discontinue, le procédé consistant à introduire la poudre contenant le polymère dans un trou délimité par une paroi intérieure, à insérer une matrice dans le trou, au moins une partie de la matrice s'éten- dant jusqu'à la paroi intérieure du trou, et à pousser la poudre et la matrice dans le trou afin de former une pièce comprenant la matrice. La matrice est profilée de manière qu'au moins une partie s'étende jusqu'à la paroi intérieure du trou, de telle sorte que la périphérie de la pièce ultérieurement extrudée diffère de la périphérie définie par le trou. La matrice peut avoir différentes formes. Par exemple, cette matrice peut avoir la forme d'un anneau ayant un diamètre extérieur approximative- ment égal au diamètre du trou, ou bien elle peut être constituée par un disque massif ayant un diamètre extérieur approximativement égal au diamètre du trou et comportant une saillie centrale qui pénètre dans la pièce à extruder. La matrice et la poudre extrudable sont poussées dans le trou par un poinçon. Pendant l'extrusion, la paroi intérieure du trou est chauffée. La pièce extrudée hors du trou comprend un corps formé du polymère et de la matrice. Après que la pièce a été extrudée hors du trou, la matrice est enlevée de façon à obtenir une pièce ayant une géométrie périphérique discontinue. Lorsqu'on précise que la pièce a une géométrie périphérique "discontinue", cela signifie que la section droite de la pièce en différents points de son axe longitudinal varie. Par exemple, dans le cas d'un fourreau à collerette, la section droite de la partie cor- respondant à la collerette est supérieure à la section droite correspondant à la partie cylindrique du fourreau. Dans un mode de réalisation de l'invention, des matrices sont insérées périodiquement dans le trou, c'est-à-dire qu'on introduit dans ce trou, d'abord une matrice, puis une charge de poudre extrudable, puis une matrice additionnelle, puis une charge additionnelle de poudre. La pièce extrudée hors du trou comprend un corps dans lequel sont noyées plusieurs matrices séparées spatialement. La pièce est ensuite tronçonnée en seg- ments par des coupes faites dans des zones immédiatement adja- centes aux matrices et les matrices sont enlevées du corps divisé en segments de façon à obtenir des pièces ayant une géo- métrie périphérique discontinue. Il est évident que le procédé selon l'invention est non seulement applicable à des machines d'extrusion de barres massives mais, également, à des machines d'extrusion de pièces tubulaires. Par exemple, pour extruder un fourreau à collerette comportant un trou cylindrique, on insère un anneau ayant le diamètre de la collerette dans le trou d'une machine d'extrusion pour produire une pièce tubulaire. L'article extrudé hors du trou comporte alors un trou axial et l'anneau peut être enlevé afin d'obtenir un fourreau à collerette. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le poinçon de la machine d'extrusion fonctionne également comme une matrice. L'extrémité du poinçon qui est insérée dans le trou de la ma- chine d'extrusion pour pousser le polymère dans le trou a une forme définie. Dans ce processus o le poinçon fonctionne éga- lement comme une matrice, on introduit une charge de poudre extrudable dans le trou et le poinçon pousse l'article hors du trou et laisse une empreinte négative de la forme de son extrémité sur la pièce extrudée hors du trou. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le pro- cessus d'extrusion peut être effectué en série sur une seule pièce en vue de former plusieurs discontinuités périphériques. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:- la Fig. 1A est une vue en coupe partielle d'un dispositif 1a d'extrusion à poinçon utilisable dans la mise en oeuvre du pro- cédé selon l'invention, suivant lequel une seule matrice est insérée dans un trou rempli d'une matière constituée par un polymère difficile à traiter et sous forme pulvérulente; la Fig. 1B est une vue latérale partielle, en partie en coupe, d'une pièce formée en utilisant le dispositif représenté sur la Fig. lA; la Fig. IC est une vue latérale partielle de la pièce repré- sentée sur la Fig. lB, la matrice étant enlevée; la Fig. 2A est une vue en coupe partielle d'un dispositif d'extrusion à poinçon utilisable dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, o plusieurs matrices sont périodi- quement insérées dans le trou du dispositif; la Fig. 2B est une vue latérale partielle, en partie en coupe, d'unarticle intermédiaire formé en utilisant le dispositif d'ex- trusion à poinçon de la Fig. 2A; la Fig. 2C est une vue en coupe d'une pièce produite à partir de l'article représenté sur la Fig. 2B; la Fig. 3A est une vue en élévation latérale, en partie en coupe, d'un dispositif utilisable pour une autre mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et la Fig. 3B est une vue en plan du dispositif représenté sur la Fig. 3A. En référence aux Fig. lA, lB et lC, le dispositif d'extrusion à poinçon, désigné dans son ensemble par 10, comprend un cylidnre 11 pourvu d'une paroi interne 12 qui définit un trou. Le cylindre il est chauffé par des moyens appropriés, par exemple plusieurs résistances chauffantes 14 en forme de bandes. Dans le mode de réalisation de la Fig. 1A, la paroi 12 du cylindre il définit une cavité ou trou de forme cylindrique et elle produit par conséquent une pièce extrudée se présentant sous la forme d'une barre de section droite cylindrique. On a indiqué schématiquement sur la Fig. lA un dispositif d'alimentation en poudre 15 qui sert à introduire une quantité prédéterminée d'une poudre extrudable 13 dans le cylindre 11. Un poinçon cylindrique 16 du type alternatif peut être poussé dans le trou du cylindre 11, puis retiré lorsque l'opération d'extrusion est terminée. Conformément au procédé selon l'invention, une charge de poudre extrudable 13 est intro- duite dans le trou du cylindre 11 à l'aide du dispositif d'ali- mentation 15. Une matrice 17 est ensuite insérée dans le trou. Dans le mode de réalisation représenté sur les Fig. lA, 1B et 1C, la matrice 17 comprend un disque ayant un rayon légèrement infé- rieur à celui du trou 13. La matrice 17 comporte également, sur sa surface, une partie en creux ou empreinte 18. La matrice 17 et la poudre extrudable sont poussées dans le trou du cylindre il par le poinçon 16 qui se déplace vers le bas à partir de la position indiquée sur la Fig. 1. Quand la matrice 17 et la poudre extrudable ont été poussées dans le trou avec une contre- pression suffisante et à une température suffisamment élevée pour produire un léger fluage de la poudre, la poudre se trou- vant dans le trou prend la forme du creux ou empreinte 18 de la matrice 17. Il est évident que la matrice 17 est de préférence constituée d'un matériau conducteur de la chaleur, tel que du laiton. La matrice 17, du fait de sa conductibilité thermique relativement élevée et de son emmanchement étroit dans le trou du cylindre 11, est chauffée à une température relativement élevée par comparaison à la poudre extrudable. En conséquence, la surface de la pièce extrudée formée par la matrice a une forme lisse et bien définie. La Fig. 1B représente un article 19 qui a été extrudé à l'aide du dispositif de la Fig. lA. L'article 19 a été représenté sur la Fig. lA, alors que la matrice 17 est encore en contact avec lui et il comprend une partie cylindrique 20. Comme indiqué sur la Fig. 1C, la matrice 17 est enlevée de façon à former un article ayant une partie extrême 22 qui est l'image négative du creux ou empreinte 18 de la matrice 17. Il est à noter que l'article 19 comporte une périphérie "discontinue". Comme indiqué ci-dessus, la section droite, faite transversale- mentà l'axe longitudinal de l'article 19, varie de l'axe longi- tudinal dudit article. Sur les Fig. 2A, 2B et 2C, le dispositif d'extrusion à poin- çon représenté est identique à celui de la Fig. 1A et il porte des références correspondantes. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur les Fig. 2A, 2B et 2C, plusieurs matrices 23 de forme annulaire sont périodiquement insérées dans le trou du cylindre 11. En pratique, une charge de poudre extru- dable est introduite dans le trou du dispositif d'extrusion, puis une première matrice 23, ayant la forme d'un anneau, est engagée dans le trouCet anneau 23 a un diamètre extérieur qui est approximativement égal au diamètre du trou. Après qu'une matrice annulaire 23 a été insérée dans le trou, une seconde charge de poudre est introduite dans celui-ci et le processus d'insertion alterné de matrices 23 et de charges de poudre se poursuit jusqu'à ce que le trou soit rempli au degré désiré pour permettre la fabrication de l'article extrudé 24 représenté sur la Fig. 2B. Cet article extrudé 24 comprend plusieurs anneaux 23 qui sont noyés dans une barre 25 en polymère extrudé. L'article 24 est divisé en segments par découpage le long de lignes 26 immédiatement adjacentes à un côté des matrices 23 de forme annulaire, puis les matrices 23 sont enlevées de manière à former plusieurs pièces 27, comme indiqué sur la Fig. 2C, ces pièces ayant une géométrie périphérique discontinue. On peut percer le trou 28 avant ou après que les pièces ont été sectionnées de l'article 24. La pièce 27 peut être un fourreau à collerette, constitué d'une matière plastique difficile à traiter et qui est produite d'une façon plus rapide et moins coûteuse que dans l'art antérieur. Comme indiqué sur les Fig. 2A, 2B et 2C, on effectue l'extrusion d'une barre cylindrique massive. Cependant, il va de soi qu'on peut utiliser un dispositif d'ex- trusion à poinçon de type classique pour effectuer l'extrusion d'une pièce brute tubulaire et qu'on peut supprimer la phase additionnelle de perçage du trou 28. Il va de soi que les matrices utilisées dans le processus d'extrusion par poinçon peuvent avoir des formes différentes. Les matrices représentées sur les Fig. 1A et 2A n'ont par consé- quent été données qu'à titre d'exemples non limitatifs. Les matrices 17 et 23 sont profilées de manière que leurs parois périphériques aient un diamètre légèrement inférieur à celui de la paroi périphérique de la cavité ou trou dans lequel se déplace le poinçon et toute la périphérie de la matrice s'étend jusqu'à ladite paroi. Cependant, les matrices peuvent être conçues de façon que seulement une partie de leur périphérie s'étende jus- qu'à la paroi en question. Sur les Fig. 3A et 3B, on a représenté un mode de réalisation -5 de l'invention o le poinçon proprement dit joue le rôle de la matrice qui profile la pièce extrudée. Le cylindre du dispositif d'extrusion est identique à celui représenté sur les Fig. lA et 2A et il a été désigné en correspondance. Comme indiqué sur la Fig. 3, un premier poinçon 29 comprend une extrémité 30 pourvue d'une partie évidée 31. Pour permettre la production rapide de pièces ayant des formes différentes, le dispositif d'extrusion représenté sur la Fig. 3 comprend plusieurs poinçons 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 et 36 qui ont chacun une forme différente à leur extrémité. Les poinçons 29 à 36 sont montés de façon à pouvoir coulisser dans un disque tournant 37 pourvu d'ouvertures 38 correspondant au diamètre des poinçons. Les poinçons 29-36, déplaçables alternativement, sont poussés par des ressorts 39 jusque dans la position de retrait, comme indiqué pour le poinçon 33. Le disque 37 est monté à rotation sur une broche 40. La broche 40 peut être entraînée en rotation manuellement ou mécaniquement de manière à aligner le poinçon désiré avec le trou du dispositif d'extrusion 10. Un mécanisme d'actionnement alternatif de poinçons 41 est positionné sur le côté du disque 37 qui est opposé au dispositif d'extrusion 10, et il agit de façon à pousser les poinçons 29- 36 jusque dans la position de sortie. Le dispositif de la Fig. 3 peut aussi être utilisé pour la production d'articles comportant plusieurs discontinuités péri- phériques. Pat exemple, on peut réaliser une pièce qui diminue de section depuis le diamètre du trou du dispositif d'extrusion jusqu'à un diamètre plus petit et qui se termine par une cavité cylindrique évidée en utilisant des poinçons qui forment pro- gressivement la réduction de section, le trou de plus petit diamètre et la cavité. Comme poudres extrudables pouvant être utilisées dans le procédé selon l'invention, on peut citer, sans que cette énumé- ration soit limitative, des polyimides, des polyétherimides, des polybengimidazoles, des polysulfones, des polyamides aroma- tiques, des polyphénylquinoxalines et des hydrocarbures halogénés tels que le polytétrafluoréthylène. La poudre extrudable doit contenir au moins 25% d'une matière polymère, c'est-à-dire que jusqu'à 75% de la poudre extrudable peuvent être constitués par une charge telle que du graphite, du MoS2, du silicone, de la silice ou des particules de-verre. La charge peut être ajoutée pour améliorer les propriétés parti- culières comme, par exemple la résistance à la flexion, le coef- ficient de frottement et la densité, ou bien on peut l'ajouter pour améliorer l'aptitude de traitement de la poudre en vue de réduire le prix de revient. Il va de soi qu'on peut utiliser un mélange de polymères. Une poudre extrudable particulièrement avantageuse a été décrite dans la demande de brevet français No 79 277 47 du 9.11.1979 intitulée PROCEDE DE PREPARATION DE GRANULES DE POLYIMIDES EXTRUDABLES ET PRODUITS AINSI OBTENUS. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour extruder une poudre contenant un polymère sous forme de pièces ayant une géométrie périphérique complexe et discontinue, procédé caractérisé en ce qu'on introduit la poudre contenant un polymère dans un trou défini par une paroi intérieure, en ce qu'on insère un moyen formant matrice dans ledit trou, au moins une partie dudit moyen formant matrice s'étendant jusqu'à la paroi intérieure du trou, et en ce qu'on pousse la poudre et la matrice dans le trou afin de former une pièce contenant la matrice. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice et le moyen servant à pousser la matrice dans le trou sont séparables et en ce qu'il est prévu, en outre, une phase consistant à enlever ladite matrice pour former une pièce pré- sentant une géométrie périphérique discontinue. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que plusieurs matrices sont périodiquement insérées dans le trou, en ce que l'article extrudé est divisé en segments et en ce que les différentes matrices sont enlevées de façon à former plu- sieurs pièces ayant une géométrie périphérique discontinue. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite poudre extrudable contient au moins % de polyimide. 5.- Procédé selon- l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poussée de la ou desdites matrices et de la poudre extrudable dans ledit trou est réalisée à l'aide d'un poinçon, qui porte à une extrémité ladite matrice.