Brevet FR2446169A1 — publié le 19800808

L'invention concerne un appareil pour l'extrusion de cordons plats, rubans ou bandes de matière plastique à l'aide d'une tête d'extrusion munie d'une filière. En particulier, l'invention concerne un appareil pour l'extrusion d'un ruban de section carrée ou pour l'extrusion simultanée de plusieurs rubans de ce genre. Comme matière plastique, on peut utiliser par exemple des produits de caoutchouc élasto-plastîques et éventuel~ lement collants ou du mastic. Les cordons plats peuvent être par exemple des profilés de joint en matière plastique. Pour fabriquer des profiles plats de ce genre, par exemple dans l'industrie du caoutchouc, on utilise des têtes d'extrusion spéciales présentant des contours intérieurs coûteux pour influencer et diviser l'e- coulement du produit. En général, avec une telle combinaison de tête d'extrusion et de filière, on ne peut extruder qu'une seule section d'un mélange plastique déterminé. Lorsqu'on change le mélange et/ou la section du cordon, il faut donc changer la filière et/ou la tête d'extrusion. Dans un but de rationalisation, on s'efforce d'extruder simultanément plusieurs cordons plats, rubans ou feuilles de même largeur et de même épaisseur. Etant donné que l'écoulement dans les canaux de la tête dépend fortement du produit, il faut souvent optimiser la structure des outils d'extrusion par plusieurs essais pour arriver, entre autres, à ce qu' aucun des cordons ne soit en avance ni en retard sur un autre. Dans bien des cas, on ne peut atteindre ce but que si l'on diminue le débit d' extrusion, dans certains cas jusqu'à la limite de rentabilité. Si l'on n' adapte pas exactement les outils d'extrusion aux nécessités du cas d'espece, il se produit non seulement des différences de largeur et d'épaisseur d'un cordon à l'autre, mais encore des plissements et ondulations sur la surface du cordon.D'autres conséquences peuvent être une modification de l'orientation d'écoulement ou des étranglements. L'invention a pour but de donner à l'appareil de l'espèce indiquée plus haut, y compris à la filière et aux autres dispositifs additionnels, une structure telle que l'on puisse extruder plusieurs sortes de profilés plats, rubans ou feuilles qui diffèrent par leur composition et/ou leurs propriétés rhéologiques sans changer la tête d'extrusion et en particulier même, avec une vitesse de sortie égale de tous les profilés. Il s'agit de pouvoir modifier de façon simple la largeur du profile, sa hauteur dans une marge limitée et aussi le nombre des profilés plats extrudés. En outre, pour assurer une qualité satisfaisante du produit, il faut arriver à ramener au minimum le temps de séjour du mélange dont il s'agit dans la tête ou dans les outils d'extrusion, en diminuant le volume contenu dans la tête d'extrusion. Selon l'invention, le problème est résolu par le fait que la filière comporte une région d'entrée débouchant dans un canal de sortie rectiligne avec fente de sortie et présentant une section d'écoulement rectangulaire qui rétrécit de façon convexe entre deux surfaces opposées, et que le canal de sortie est subdivisé, à l'endroit de la fente de sortie, par au moins un filet médian dirigé transversalement à la longueur de la fente et jouant le rôle de diviseur de cordon. De préférence, le filet médian est situé à l'extérieur de la fente de sortie et disposé de manière à pouvoir coulisser dans la direction longitudinale de la fente.Il est avantageux en outre qu'en plus d'un ou plusieurs filets médians servant de limitateurs de cordon, un filet marginal servant de limitateur de bande soit disposé extérieurement sur chacune des extrémités de la longueur de la fente de sortie. Ainsi, le problème qui est à la base de l'invention est resolu essentiellement par une forme intérieure spéciale de la filière et par un ou plusieurs diviseurs de cordon réglables placés extérieurement sur la fente de sortie de la filière. La filière doit présenter une plus grande section rectangulaire à son côté d'entrée tourné vers le côté de sortie de la tête d'extrusion, une plus petite section rectangulaire a son côté de sortie et, entre les deux, un tronçon de canal qui rétrécit et qui rejoint, avant la fente de sortie de la filière, une zone rectiligne de canal relativement courte, par exemple de 3 à 5 mm de longueur. Le tronçon de filière situe entre l'entrée et la sortie de la filière doit en principe rétrécir sous forme parabolique, par exemple selon la formule y2 = constante x 1. Ainsi, la section longitudinale de la filière est analogue à celle d'une trompette. Le ou les diviseurs de cordon fixés à la fente de sortie de la filière, en particulier de façon réglable transversalement, permettent d'extruder, dans une marge déterminée, n'importe quel nombre de cordons plats, rubans ou feuilles parallèles ayant chaque fois la largeur désirée. L'essentiel est que la division en cordons soit assurée par des filets ou barrettes poussés tout contre la fente de sortie de la filière, car en cet endroit, le mélange à extruder est déjà détendu dans une large mesure à cause de la zone de canal ou zone de calibrage qui précède. Pour éviter la formation de tourbillons indésirables à l'endroit des arêtes latérales de chaque filet médian et de chaque filet marginal sous forme de barrette servant à diviser le cordon plat, là où les filets sont en contact avec le mélange à extruder, on donne de préférence à ces arêtes une forme arrondie. On peut avantageusement prévoir un rayon de courbure r = 0,2 mm. Il est vrai que le mélange à extruder est déjà détendu dans une large mesure lorsqu'il atteint chaque barrette diviseuse de cordon située à la sortie de la fente de la filière. Toutefois, après avoir quitte la filière, il gonfle encore davantage. Etant donné que, pour cette raison, les profilés plats ont une largeur supérieure à celle des fentes de filière correspondant à chacun des cordons, il est nécessaire de donner à chaque barrette diviseuse de cordon une épaisseur aussi réduite que possible. Il est apparu qu'une épaisseur d'environ 0,6 mn seulement, par exemple, était avantageuse.Etant donne qu'en servite, des filets aussi minces se courberaient, il est nécessaire de les stabiliser mécaniquement, Toutefois, pour renforcer la mince barrette diviseuse de cordon, on ne peut utiliser qu'une nervure présentant en principe une forme de coin telle qu'elle n'exerce aucune pression latérale sur le profile plat qui se détend en largeur à la sortie de la filière. Cette pression aboutirait, par exemple lorsqu'on utilise des barrettes épaisses ou rondes, à des résistances à la sortie qui exclueraient la possibilité d'extruder simultanément plusieurs cordons. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront de la description suivante, faite en relation-avec un mode de réalisation, donné a titre d'exemple non limitatif, représenté schématiquement dans les dessins ci-joints, dans lesquels : - la figure 1 représente une extrudeuse avec son dispositif d'extrusion ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale verticale, correspondant à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en élévation dans le sens de la flèche A de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de face agrandie d'un diviseur de cordon; et - la figure 5 est une vue en coupe prise suivant la ligne V-V de la figure 4. L'appareil selon l'invention comprend une extrudeuse à vis 1, une grille 2, une tête d'extrusion 3 pouvant être chauffée, une filière 4 et un ou plusieurs diviseurs de cordon 5. La sortie de l'extrudeuse 1 et de la grille 2 ont une forme telle que le mouvement, la rotation et l'écou- lement irrégulier de la matière plastique, causés par la vis, soient supprimes dans une large mesure. Dans la tête d'extrusion 3, le cordon rond est transformé en cordon plat, cel-ui-ci est poussé dans la filière 4 de forme favorable à l'écoulement et il est divisé en cordons plats rectangulaires par le diviseur de cordon 5. La tête d'extrusion 3 représentée se compose d'un anneau pouvant être chauffé et auquel est fixée la filière 4. La filière 4 peut être composée de deux parties. Pour éviter que les parties de la filière ne soient écartées l'une de l'autre par la pression d'extrusion, la filière 4 est avantageusement installée dans un cadre fixe 7, retenu par des vis de pression 8. A la suite de la grille 2, la masse à extruder passe par une cavité arrondie qui va de l'entrée 9 à la sortie 10 de la tête d'extrusion pour arriver dans une cavité de filière qui commence à la sortie 10 de la tête ou à l'entrée 11 de la filière, va jusqu'à la sortie 12 de la filière et se termine par une étroite fente de filière 13. La séparation et la delimitation entre les profilés plats à extruder sont assurées par les diviseurs de cordon 5 situés devant la région médiane de la fente de filière 13 et par les limitateurs de ruban réglables.6 prévus aux extrémités de la longueur de la fente (voir figure 3). La caractéristique structurale essentielle de chaque diviseur de cordon 5 et du limitateur de ruban 6 réside dans les bords arrondis 14 et la forme plate et mince de la barrette 15 réglable latéralement, qui entre en contact avec la matière extrudée.La figure 5 montre la barrette 15 en coupe agrandie. L'ensemble du diviseur de cordon 5 comprend la barrette plate 15 et une nervure de renforcement plus étroite 16, posée dessus et se terminant en coi#n. Celle-ci a une structure telle qu'elle n'entre pas non plus en contact avec la masse plastique extrudée qui gonfle. Pour permettre le réglage horizontal des diviseurs de cordon 5, chacun de ceux-ci présente deux trous allongés 17 et la fente 13 de la filière présente autant de guidages complémentaires 18 (figure 3). La surface frontale présente encore, de part et d'autre de la fente de filière 13, deux rangées comportant plusieurs trous filetés pour la fixation des diviseurs de cordon 5. L'espacement de ces trous et la largeur des trous allongés sont harmonisés de telle sorte que l'on peut couvrir n'importe quelle région partielle de la fente de filière 13. Une autre condition de l'extrusion sans perturbation selon l'invention est la forme retrécie coniquement que présente la filière 4, entre l'entrée 11 et la sortie 12, selon la fonction y2 = 1. Dans cette forme de filière, on peut régler de façon optimale le rapport entre l'accumulation de pression dans la tête d'extrusion et la vitesse d'extrusion. Dans tous les appareils antérieurs du genre défini plus haut, il fallait, ou bien fournir des pressions beaucoup plus élevées dans la tête pour obtenir les vitesses d'extrusion que permet l'invention, ou bien se contenter de moindres vitesses d'extrusion. Cela provenait du fait que certains dispositifs étaient montés dans la cavité destinée à la matière, afin de diviser les cordons, et que par suite, il fallait prendre son parti d'une ré sistance supplémentaire dans la région de contrainte maximale de cisaillement de la matière plastique. Cette résistance avait surtout pour effet de freiner fortement les bords extérieurs du profilé dont il s'agissait, en une ou plusieurs parties, ou encore, il s'ensuivait que le milieu du cordon était partiellement en avance. Ainsi, le cordon plat extrudé n'avait pas une section rectangulaire mais il était plus épais au milieu que sur ses bords.Par suite, pour établir une section rectangulaire, il fallait effectuer des corrections manuelles sur la filière. Or ces corrections n'étaient valables que pour des qualités et des mélanges déterminés de matière plastique. En conséquence, dans le cas d'une plus large gamme de produits, comportant différentes matières plastiques et différents profilés plats, il fallait plusieurs filières coûteuses ainsi que des dispositifs complémentai- res d'extrusion. Si la pression et par conséquent la température étaient trop élevées, par suite d'un reflux à l'endroit de la fente ou d'une vitesse d'écoulement trop faible de la matière plastique, il existait en outre souvent - selon les propriétés particulières de la matière - un risque de vulcanisation prématurée. Les difficultés ci-dessus sont éliminées par la filière selon l'invention parce que la tête d'extrusion rétrécit très rapidement pour passer d'une section circulaire à une section rectangulaire à la sortie de la filière et que les diviseurs de cordon 5 ne sont pas situés a l'intérieur de la cavité destinée à la matière, mais à l'extérieur de celle-ci sur la fente de sortie 13 de la filière 4. Par la coopération prévue selon l'invention entre la grille 2, la tête d'extrusion courte 3 et la filière 4 d' une part, les diviseurs de cordon réglables 5 d'autre part, il est possible d'extruder toute la gamme de produits présentant les propriétés et les formes les plus diverses, en tant que profilés plats, sans qu'une vulcanisation s'amorce prématurément, même lorsqu'il s'agit de matières critiques à cet égard. Grâce au dispositif d'extrusion réglable selon l'invention, tous les profiles plats - dans le cas ou l'on extrude simultanément plusieurs cordons, rubans, feuilles, etc. - sont rectangulaires et présentent les mêmes dimensions, dans des marges de tolérance très étroites. Malgré une augmentation notable du débit d'extrusion, on n'a pas observé de cisaillement notable, ni donc de diminution de la qualité du produit. Dans l'appareil selon l'invention, on peut faire varier à volonté le nombre et la largeur des profilés avec une même filière. On peut déterminer l'épaisseur des cordons, notamment à l'aide d'un dispositif situé en sortie de glissière, adapté pour retirer, avec une force de traction réglable, le profilé plat extrudé dans chaque cas. Dans l'appareil selon l'invention, il ne peut pas se produire de perturbations à l'intérieur de la filière car les diviseurs de cordon et les résistances correspondantes ne se situent plus dans la région de compression à l'intérieur de la filièvre mais bien dans la région de détente à l'extérieur de la filière.En particulier pour cette raison, on peut régler cette dernière, selon 1 'in- vention, à un débit plusieurs fois supérieur à celui des filières à profiles antérieures sans que des difficultés se produisent en ce qui concerne l'homogénéité des cordons, rubans, feuilles, etc. extrudés. En outre, dans l'appareil selon l'invention, il n'existe aucun risque notable de perturbations dues à des impuretés. Ces impuretés, par exemple des particules de caoutchouc non dissoutes, grumeaux de poudrage, etc. sont aplaties, a part quelques exceptions, et poussées à travers la fente étroite de la filière, à la vitesse d'extrusion. La qualité du cordon n'est pas diminuée pour cela. Cet avantage doit être attribué essentiellement au fait que dans l'appareil selon l'invention, toutes les transitions qui se produisaient à l'intérieur du canal d'écoulement, et qui étaient éventuellement désavantageuses à cause des impuretés, sont supprimées ou compensées et - dans la mesure ou c'est nécessaire - transférées à la sortie de la filière. Etant donné que dans les appareils du genre défini ci-dessus les matières plastiques peuvent, en arrivant à la dernière phase de ltex- trusion, avoir été chauffées à la température finale, de sorte qu'un séjour prolongé à cette température peut déclencher une vulcanisation dans la tête d'extrusion, il faut que la transition entre l'ouverture circulaire d'extrusion 9 et l'ouverture de sortie aplatie 10 de la tête 3 s'effectue sur une course axiale très courte (figure 2). Sur cette course, en outre, il ne doit pas y avoir de résistances notables augmentant la pression. Dans le cas de matières plastiques qui ne sont plus fluides quand la résistance est trop grande, ce dernier point est particulièrement important. Avec le canal de filière à section rectangulaire, retrécissant coniquement et se raccordant par une transition régulière à la cavité de la tête, tel que cela est prévu dans l'appareil selon l'invention, les conditions ci-dessus sont remplies de façon vraiment idéale parce que la cavité destinée à la matière a une dimension minimale, qu'elle est raccourcie dans la direction d'écoule- ment, et qu'elle ne comporte pas de résistances notables à l'écoulement. Dans un exemple d'exécution, une tête d'extrusion conçue selon l'invention possède une longueur de 50 mm seulement en passant d'un diamètre de 108 mn à une section de 18 x 90 mn. Les inconvénients que comportait habituellement pour l'écoulement une tête si courte, dans les appareils antérieurs, s-ont complètement compenses par la filière réglable selon l'invention, parce que la cavité destinée à la matière ne contient plus de mécanismes servant a diviser les cordons. Jusqu'ici, avec un appareil conçu selon l'invention, on a extrudé des profilés plats de 0,2 à 2,5 mm d'épaisseur et de 8 à 100 mn de largeur avec les combinaisons les plus diverses d'épaisseur et de largeur. L'épaisseur des cordons est fixée par la fente de la filière. Toutefois, on peut encore corriger cette épaisseur dans une mesure atteignant - 0,2 mn en faisant varier la force de traction agissant sur le cordon à la sortie de celui-ci. Dans bien des cas, il a été possible de multiplier par plus de deux la vitesse du cordon, par rapport à ce qu'elle était dans les fi lières antérieures à profilés de section constante, la vitesse n'étant pratiquement limitée que par celle de l'appareil de sortie qui fait suite. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Appareil pour l'extrusion de cordons plats, rubans ou bandes de matière plastique à l'aide d'une tête d'extrusion munie d'une filière, appareil caractérisé par le fait que la filière comporte une région d'entrée débouchant dans un canal de sortie rectiligne avec fente de sortie et présentant une section d'écoulement rectangulaire qui rétrécit de façon convexe entre deux surfaces opposées, et que le canal de sortie est subdivisé, à l'endroit de la fente de sortie, par au moins un filet médian dirigé transversalement à la longueur de la fente et jouant le rôle de diviseur de cordon. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le filet médian est situé à l'extérieur de la fente de sortie et dispose de manière à pouvoir coulisser dans la direction longitudinale de la fente. 3.- Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'en plus du ou des filets médians servant de limitateurs de cordon, un filet marginal servant de limitateur de bande est disposé exterieurement sur chacune des extrémités de la fente. 4.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque diviseur de cordon est constitué d'une barrette relativement mince dans la direction d'écoulement et munie d'une nervure de renforcement de section à peu près triangulaire. 5.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la barrette présente des arêtes arrondies avec un rayon de courbure de l'ordre de r = 0,2 mn. 6.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la tête d'extrusion présente une cavité de matière réduite au minimum, à la transition de la section circulaire à la section rectangulaire. 7.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la -filière est formée de deux parties séparées le long de la section de celle-ci, en particulier destinées à être serrées entre elles dans un cadre à l'aide de plusieurs vis de serrage.