Brevet FR2465585A1 — publié le 19810327

La présente invention est relative aux extrudeuses de matières plastiques. On connait déjà différents procédés pour injecter un additif dans le cylindre d'une extrudeuse pour matières plastiques. L'additif peut être substitué par un agent qui provoque le moussage, la coloration, la vulcanisation ou toute autre modification désirée de la matière plasti- que de base. Habituellement, l'injection se produit à proximité de l'extrémité d'alimentation de l'extrudeuse, dans la zone dite d'alimentation, dans la zone de compression ou dans une zone de décompression spéciale. Dans ce cas, l'injection est facile à exécuter, grâce à la faible pression, et la vis dispose du temps suffisant pour effectuer le travail de mélange. D'un autre côté, l'additif doit alors rester longtemps dans les filets de la vis et, pour cette raison, la température de la ma- tière plastique fondue doit être maintenue à un niveau bas parce que la plupart des additifs commencent à réagir dé- favorablement d'autant plus tôt que la température de la matière plastique est plus élevée. Si l'on veut maintenir la température de la matière plastique à un niveau aussi bas que possible, et notamment dans le cas du polyéthylène, on doit donner une faible vi- tesse de rotation à la vis de l'extrudeuse. Cette faible vitesse de rotation se traduit à son tour par une faible quantité de matière plastique extrudée par unité de temps. En reportant le point d'injection de l'additif plus près du point d'extrusion, on réduit le temps pendant le- quel le mélange séjourne dans le cylindre avant l'extrusion et ceci permet de porter la matière plastique de base à une température plus élevée que l'on obtient, par exemple en accroissant la vitesse de la vis; en d'autres termes, on obtient ainsi une amélioration du rendement de l'extrudeuse. Les facteurs suivants affectent le fonctionnement de L'extrémité du cylindre de l'extrudeuse: 1 - la pression atteint son maximum dans l'extrémité - du cylindre de l'extrudeuse. 2 - la capacité de mélange d'une vis normale est mé- diocre, notamment si le travail de mélange ne débute qu'à l'extrémité de cette vis. 3 - les différences de température interne du mélange atteignent leur maximum dans l'extrémité du cylindre de l'extrudeuse. 4 - le mélange Sie dispose que de peu de temps pour absor- ber le choc provoqué par l'additif. 5 - le fonctionnement de l'injecteur est gêné et l'in- jecteur colmate si l'additif provoque une plastification de la matière plastique de base. 6 - si l'on vise à obtenir une plus forte production, c'est-à-dire à obtenir un mélange plus chaud, les particu- les du mélange disposent de moins de temps pour quitter l'extrudeuse. On doit tenir compte de chacun de ces facteurs et, sur- tout de leurs effets combinés. Le procédé suivant l'inven- tion qui sera décrit ci-après résout complètement les ef- fets combinés des inconvénients de ces facteurs, ce que les autres procédés ne parviennent pas à réaliser. Par ailleurs,il offre de nouvell s possibilités d'application dans l'industrie des matières plastiques. L'invention se rapporte à une extrudeuse pour matIères plastiques comprenant un cylindre renfermant une vis, une première zone de mélange située à l'extrémité de la vis, - une zone d'injection comportant plusieurs injecteurs es- pacés sur la circonférence du cylindre servant à injec- ter un additif liquide dans le courant de matière plas- tique fondue, uné deuxième zone de mélange et une filière. L'extrudeuse suivant l'invention est caractérisée en ce que les injecteurs sont agencés pour être actionnés par se deu i- ir r -r D r'an; tm.nirP ntn ;. K- On peut aisément se procurer pour cette applica- tion des pompes à haute pression capables de débiter en- viron 1000 décharges à la minute à chaque injecteur., Par exemple, si la pompe tourne à une vitesse de 600 tours/ mn et est munie de six injecteurs et si l'on demande une addition de 2 % d'additif pour un débit de matière plas- tique de 500 litres/heure, le débit d'une seule décharge sera d'environ 0, 05 ml. Les chocs d'injection exercés sur le courant de matière plastique seront donc très atténués- et, grâce au fonctionnement individuel des injecteurs les variations de la concentration de l'additif produites dans la direction longitudinale de la matière plastique extrudée sont réduites à un minimum. Etant donné que les injecteurs ont tendance à se boucher, le fonctionnement individuel des injecteurs facilite la recherche de l'injecteur bouché et ceci permet de mieux surveiller l'ensemble du travail. Par ailleurs, la zone d'injection est de préfé- rence formée par une chambre annulaire cylindrique, les injecteurs débouchant-approximativement au milieu de la chambre. Dans cette forme de réalisation, l'additif est injecté au centre du courant de matière plastique fondue et il est immédiatement bien mélangé au composé de base. Si l'additif n'est injecté qu'à la surface du courant de ma- tière plastique, il tend fréquemment à glisser directement le long de la surface interne du cylindre de l'extrudeuse en provoquant ainsi la formation de fortes concentrations locales d'additif dans le produit fini. L'effet négatif de ces fortes concentrations locales d'additif est particulièrement préjudiciable lorsqu'on fabrique des produits vulcanisés en injectant un peroxyde en qualité d'additif. Dans le processus de vulcanisation, le peroxyde forme des ponts entre les chaî- nes du polymère. S'il existe localement une trop grande quantité de peroxyde, cette substance réagit sur elle-même au lieu de réagir sur la matière plastique de base, c'est- à-dire qu'en ce qui concerne le processus de vulcanisation, le peroxyde est perdu. L'invention apporte encore une simplification im- portante des traitements dans lesquels on cherche à obtenir des produits vulcanisés et en mousse. Si l'agent vulcani- sant et l'agent moussant sont dissous l'un dans l'autre, ils peuvent être injectés au moyen de la même pompe. Le peroxyde DTX et le Frigen 11 sont des exemples de telles substances. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple; la Fig. 1 est une vue d'ensemble de l'extrudeuse en coupe longitudinale, - la Fig. 2 est une vue à plus grande échelle de l'-ex- tréwité du cylindre de l'extrudeuse et montrant la joue de dosage; la Fig.3 est une vue en coupe suivant la ligne III- III de la Fig.2. Les dessins sont schématiques et ne doivent être considérés que comme une illustration du principe de l'in- vention. La référence 1 désigne le cylindre de l'extrudeuse et la référence 2 désigne la vis transporteuse logée dans ce cylindre. La référence 3 désigne une trémie d'o la ma- tière plastique est introduite dans l'extrudeuse. Les ré- férences 4 et 5 désignent approximativement les zones dites d'alimentation et de compression dans lesquelles l'injec- tion de l'additif est fréquemment exécutée dans les ex- trudeuses classiques. La tête de l'extrudeuse, située à l'extrémité de la vis 2, comprend une première zone de ma- laxage 6, une zone d'injection 7, une deuxième zone de mé- lange 8 et une filière 9. Les zones de malaxage et de mélan- ge 6 et 8 ne sont pas représentées en détail parce-qu'elles sont connues. Un constructeur de ce type de machine est l'Union Carbide Corporation. La même observation est vala- ble pour la filière 9. La zone d'injection 7 comprend un corps cylindrique qui relie les zones de malaxage et de mé- lange 6 et 8 et laisse libre entre lui-même et la paroi 1 du cylindre un espace annulaire 10 de largeur relativement grande. Plusieurs injecteurs 11 débouchent dans l'espace 10 en se prolongeant à peu près jusqu'au centre de cet espace. L'additif à injecter est prélevé dans un réservoir 12 et acheminé par une pompe 13 à chacun des injecteurs 11. La pompe 13 est de préférence une pompe à pistons dont les pistons sont respectivement et individuellement reliés aux injecteurs de sorte qu'un seul injecteur est ouvert à la fois mais on peut également utiliser une pompe à membrane. La masse de matière plastique poussée par la vis 2 est malaxée dans la première zone de malaxage 6, ce malaxage la portant à une température uniforme, ce qui élimine le ris- que de formation de points chauds. En l'absence d'un tel malaxage, les écarts de température par rapport à la tem- pérature moyenne de la masse peuvent être condidérables et le mélange de parties trop chaudes de la masse avec l'addi- tif provoque une réaction indésirable. D'un autre côté, la présence de la première zone de malaxage assure que la zone d'injection ne recevra pas de masse non fondue. La masse étant alors homogène. L'espace 10 relativement large qui est ménagé dans la zone d'injection 7 à la suite de la zone de malaxage 6 tran- quillise la masse et permet par ailleurs de donner aux poin- tes des injecteurs 11 une certaine hauteur de saillie sur la surface interne du cylindre 1 ou une certaine profondeur de pénétration dans la zone d'injection. Etant donné que l'ad- ditif est ainsi injecté au centre du courant de matière plas- tique fondue, il est immédiatement mélangé à la masse de matière de base, ce qui élimine la possibilité pour l'addi- tif de sortir directement d'un espace dépourvu de pression en glissant le long de la surface interne du cylindre. Tou- tefois, il convient de remarquer que la zone d'injection 7 n'est pas soumise à une décompression qu'on désire maintenir aussi stable que possible l'état de pression de la masse qui s'écoule au droit du point d'injection. Le débit d'in- jection peut être réglé commodément par variation de la vitesse de rotation de la pompe 13 et on obtient ainsi facilement une bonne pré- cision de réglage. L'incorporation de l'additif est encore améliorée par la deuxième zone 8 de malaxage du mélange qui tourne avec la vis et qui est analogue à la première zone 6 dans son principe de travail. Dans certaines-extrudeuses antérieures, ce malaxage est effectué par un mélangeur statique mais cette solution accroît le risque d'allongement préjudicia- ble de la distance parcourue par chaque particule de la masse et d'allongement du temps. Dans un mélangeur statique, chaque particule de la masse circule autour de barres et, en général,lorsqu'un courant rencontre un angle, il existe toujours un point oua la vitesse est nulle, c'est-à-dire qu'en d'autres termes, la particule intéressée de la masse s'immobilise. Les particules immobilisées s'agglomèrent puis finissent par se détacher pour être entraînées par le courant, en formant un défaut dans le produit. Dans un mélangeur rotatif, cet inconvénient est réduit. REVENDICATIONS 1 - Extrudeuse pour matières plastiques comprenant un cylindre renfermant une vis, une première zone de ma- laxage située à l'extrémité de la vis, une zone d'injec- tion comportant plusieurs injecteurs espacés sui la circon- férence du cylindre et servant à injecter un additif liquide dans le courant de matière plastique fondue, une deuxième zone de malaxage et une filière, extrudeuse caractérisée en ce que la zone d'injection présente la forme d'une chambre cylindrique annulaire, les injecteurs s'étendant à peu près jusqu'au centre de cette chambre, et en ce que les injec- teurs (11) sont agencés pour être mis en action par inter- mittence et tour à tour par une pompe (13) de telle maniè- re qu'un seul injecteur soit ouvert à la fois. 2. Extrudeuse suivant la revendication 1, caractéri- sée en ce que la pompe (13) est une pompe à pistons dont les pistons sont respectivement et individuellement reliés aux différents injecteurs (11). 3. Extrudeuse suivant la revendication 2, caractéri- sée en ce que le débit d'injection est réglé par action sur la vitesse de la pompe la fréquence de travail des injecteurs (11).