Brevet FR2474946A1 — publié le 19810807

La présente invention concerne une extrudeuse avec un corps à broches pour la mise en oeuvre de thermoplastes et d'élastomères, dans lequel tourne une vis sans fin, et des broches sensiblement équidistantes suivant la circonférence du corps sont disposées radia- lement de la paroi intérieure de ce dernier vers l'axe de la vis sans fin, dont les filets sont interrompus aux endroits o les broches pénètrent dans le corps. Des extrudeuses avec un cylindre à broches sont décrites dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 22 35 784. Les filets de vis de ces extrudeuses sont interrompus aux points o les broches pénètrent dans le corps à tra- vers la paroi de ce dernier. Une telle conception vise à assurer un effet de mélangeage et de plastification parfaits du matériau mis en oeuvre. Cette conception présente l'inconvénient suivant: il n'y a pratiquement pas de cisaillement du matériau et l'homogénéité de la masse à mettre en oeuvre laisse par suite beaucoup à désirer. Le matériau arrivant sur les broches est certes divisé et dévié, mais il n'y a pas de cisaillement sensible car le matériau, quand il est saisi par une broche, peut s'échapper dans le filet voisin sans subir de cisaillement notable entre le filet de vis et les broches. La con- ception connue produit ainsi de nombreux flux partiels et regroupe- ments par division et déviation du flux, mais aucun écoulement de cisaillement. Les broches sont balayées par de nombreuses particules du matériau, sans aucun cisaillement intense. L'invention vise à améliorer une extrudeuse avec un corps à broches du type précité, de façon que les broches produisent un gradient de cisaillement et par suite une excellent homogénéité de la masse à mettre en oeuvre. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les extré- mités et les débuts des filets interrompus de la vis sans fin sont disposés suivant l'axe de cette dernière à une même hauteur, entre les broches fixées sur le corps, de sorte que les faces radiales d'interruption des extrémités et des débuts de filet sont en regard suivant l'axe de la vis sans fin. Par suite de la disposition des extrémités et des débuts des filets interrompus, de sorte que les faces radiales d'interruption sont en regard suivant l'axe de la vis sans fin, le matériau est toujours soumis à un cisaillement important quand il se trouve entre une broche stationnaire et les faces radiales d'interruption. Cette disposition produit une très grande surface active pour la transmission d'une énergie de cisaillement élevée au matériau. Le matériau se trouvant à cet endroit est en outre étiré à vitesse élevée à travers l'interstice étroit, sans pouvoir s'échapper. Dans l'art antérieur, le matériau à mettre en oeuvre peut tou- jours s'échapper sans contrainte importante, quand il vient en con- tact avec les broches stationnaires. Un nombre élevé de rangées de broches produit certes un bon brassage, mais le cisaillement du maté- riau, principal responsable d'une bonne homogénéité, est fortement négligé. Selon une autre caractéristique de l'invention, des plans radiaux de broches sont prévus sous forme de couronnes avec en amont et en aval par rapport au sens d'écoulement du matériau, de courtes parties de vis à plusieurs filets. La mise en oeuvre du principe de l'invention, à savoir la dispo- sition en regard des faces radiales d'interruption des extrémités des débuts de filet sur une partie de plastification à plusieurs filets, amplifie l'effet de l'invention. Le montage en série de plusieurs unités de plastification de ce type permet d'obtenir une excellente action de mélangeage et de plas- tification avec une extrudeuse très courte. Le prix d'acquisition d'une unité d'extrusion est ainsi notablement réduit. Afin d'obtenir une plus faible résistance à l'écoulement dans une partie de plastification du type précédemment décrit, et selon une autre caractéristique de l'invention, les débuts des filets des parties de vis à plusieurs filets et les extrémités des parties-de vis à plusieurs filets disposées en aval des zones sans filets, sui- vant le sens d'écoulement du matériau, sont appointés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe longitudinale d'une extrudeuse à une vis selon l'invention; la figure 2 est la coupe longitudinale d'une partie d'extrusion avec deux unités de plastification; la figure 3 représente des débuts et extrémités de filet appointés; la figure 4 illustre schématiquement le principe de l'invention; et la figure 5 représente schématiquement une forme de réalisation selon l'art antérieur. Une vis sans fin (2), portant des filets (3) hélicoïdaux, est logée dans un corps (1) d'extrudeuse. Des broches (4), bloquées par un vissage (5), traverse le corps (1). De nombreuses broches (4) sont disposées dans le corps (1) de façon que leur axe soit orienté sur l'axe de la vis sans fin (2). Un nombre plus ou moins élevé de broches peut traverser radialement le corps pour pénétrer dans l'enceinte (6) d'extrusion, selon les diamètres du corps et de la vis sans fin. Les broches (4) sont disposées perpendiculairement à l'axe de la vis sans fin (2) et constituent un plan de broches. Plusieurs plans de broches peuvent être disposés avec un écartement donné, des zones de vis à un ou plusieurs filets étant disposées entre les divers plans de bro- che. La figure 2 représente une partie d'extrudeuse avec deux zones de plastification (7). Ces dernières sont constituées par des parties de vis (8) et (9) à plusieurs filets, disposées immédiatement en amont et en aval d'un plan de broches. La réalisation à plusieurs filets des zones de plastification (7) accroît notablement l'action de cisaillement élevée du matériau à mettre en oeuvre entre les faces radiales d'interruption des filets en regard. Chaque fois que les faces radiales (10) et (11) d'interruption de filet en regard de la vis (2) en rotation passent devant une broche fixe, le matériau est soumis entre ces faces et la broche à un cisail- lement important, multiplié par les filets multiples des zones de - plastification. La figure 5 représente, sous une forme stylisée et développée, un montage selon l'art antérieur, dans lequel un filet hélicoidal continu, de même pas que celui de la figure 4, est interrompu afin de créer un espace libre pour les broches fixes (14). Lorsque la face radiale d'interruption (13) passe devant la broche (14), le matériau peut s'échapper librement de l'autre côté, sans subir de cisaille- ment. Lorsque la face radiale (12) du nouveau début de filet passe devant la broche (14), la vis poursuivant sa rotation, le matériau peut de nouveau s'échapper dans le sens opposé, sans être sollicité en cisaillement. Une comparaison du fonctionnement schématisé par les figures 4 et 5 illustre la remarquable action de cisaillement produite par le montage selon l'invention. Les zones de plastification (7) selon l'invention peuvent par exemple être produites par simple emmanchement des parties à plusieurs filets (8) et (9), réalisées séparément, sur un noyau avec blocage approprié par des clavettes. La réalisation séparée des parties (8) et (9) de la vis sans fin et de la zone non filetée intermédiaire présente un grand avantage car des phénomènes d'usure plus ou moins importants peuvent se produire. C'est ainsi que les premières zones de plastification (7) sont beaucoup plus sollicitées que les suivantes, car le matériau est plus froid et par suite beaucoup plus abrasif à l'entrée. Un autre avantage de la réalisation de la vis sous forme de zones interchangeables réside dans la production. Les pièces de volume relativement faible peuvent être produites sous forme- de pièces moulées de précision économiques. Selon le matériau à mettre en oeuvre, il peut être nécessaire de produire une énergie de cisaillement plus ou moins importante dans le matériau et par suite de prévoir un nombre plus ou moins élevé de zones d'homogénéisation (7). L'expérience montre par exemple que le nombre de filets des zones de vis (8) et (9) doit être le suivant, en fonction de la taille de l'extrudeuse: extrudeuse de 90 2 filets extrudeuse de 150 3 filets extrudeuse de 200 4 filets extrudeuse de 250 5 filets. Il est apparu utile de respecter une relation déterminée entre la longueur des zones de vis (8) et (9) et le diamètre des broches (4). Un rapport de la longueur de la zone de vis (8) au diamètre de broche (4) de 1/1 à 1/2 est particulièrement efficace, c'est-à-dire que dans le cas de zones de vis (8) ayant une longueur de 0,2 D, les broches ou la zone non filetée située entre les zones (8) et (9) doivent avoir une longueur de 0, 1 à 0,2 D (D = diamètre de la vis sans fin). L'expérience montre que lors de la mise en oeuvre par une géo- métrie de filets et broches selon l'invention, le mélange de caou- tchouc froid est divisé avec une résistance minimale et étiré entre les broches et filets, pour former de longs flux partiels. Il en résulte une remarquable homogénéité du mélange de caoutchouc. L'emploi des zones de plastification permet simultanément de tailler les parties d'écoulement intermédiaire avec un ou deux filets très hauts et un débit par tour élevé, sans crainte d'hétérogénéités, telles que des répartitions irrégulières de la température. Un essai comparatif sur une extrudeuse équipée d'un corps à cylindres selon la demande de brevet de la République fédérale d'Al- lemagne publiée sous le n0 22 35 784 a donné les résultats suivants. L'extrudeuse est équipée de 10 plans de broches successifs. Le mélange de caoutchouc à mettre en oeuvre, se trouvant sensiblement à la température ambiante, est introduit dans l'extrudeuse, puis son homogénéité est déterminée après le passage desdits plans de broches. Une extrudeuse selon l'invention est ensuite alimentée avec un matériau présentant les mêmes viscosités et températures. Après le passage de cinq zones de plastification (7), le mélange de caoutchouc présente déjà une homogénéité comparable à celle du matériau mis en oeuvre dans l'extrudeuse selon l'art antérieur, avec dix plans de broches successifs et une longueur double. Cet essai comparatif montre qu'une extrudeuse selon l'invention peut être réalisée avec une longueur inférieure de 50 % à celle d'une extrudeuse selon l'art antérieur, ou que des débits nettement supé- rieurs sont possibles dans le cas d'une même longueur, sans aucun risque d'hétérogénéité du matériau. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Extrudeuse avec un corps à broches pour la mise en oeuvre de thermoplastes et d'élastomères, dans lequel tourne une vis sans fin et des broches sensiblement équidistantes suivant la circonférence du corps sont disposées radialement de la paroi intérieure de ce dernier vers l'axe de la vis sans fin, dont les filets sont inter- rompus aux endroits o les broches pénètrent dans le corps, ladite extrudeuse étant caractérisée en ce que les extrémités et les débuts des filets (3) interrompus de la vis sans fin sont disposés suivant l'axe de cette dernière à une même hauteur, entre les broches (4) fixées sur le corps, de sorte que les faces radiales d'interruption des extrémités (10) et des débuts (11) de filet sont en regard suivant l'axe de la vis sans fin. 2. Extrudeuse selon revendication 1, caractérisée en ce que les faces radiales en regard d'interruption des extrémités (10) et des débuts (11) de filet appartiennent à deux parties séparées de la vis (8, 9), ayant chacune une longueur axiale de filet d'environ 1/5 D et entre lesquelles est disposée une partie non filetée, ayant une longueur d'environ 1/5 D (D = diamètre de la vis sans fin). 3. Extrudeuse selon revendication 2, caractérisée en ce que les des débuts (15) des filets des parties de vis (8)à plusieurs filets et les extrémités (16) des filets des parties de vis (9) à plusieurs filets, disposées en aval de la partie non filetée suivant le sens d'écoulement du matériau, sont appointés. 4. Extrudeuse selon revendication 2, caractérisée en ce que les parties de vis (8) et (9), ainsi que les parties de vis à un ou plu- sieurs filets, disposées entre les zones de plastification (7), sont réalisées sous forme de pièces séparées et interchangeables.