Brevet FR2483319A1 — publié le 19811204

L'invention se rapporte à un mélangeur de type nouveau destiné à améliorer la mise en fusion et l'aptitude au mélangeage d'une vis extrudeuse sans en diminuer de manière correspondante le débit ni le rendement. Selon une particularité essentielle de l'extrudeuse selon l'invention, qui comprend un corps cylindrique, une vis sans fin destinée à faire avancer la matière thermoplastique dans ce corps cylindrique et au moins un dispositif mélangeur rotatif et cylindrique qui est monté dans le corps cylindrique et qui demeure en permanence à l'alignement coaxial de ladite vis, elle comprend un nombre impair dwélé- ments mélangeurs dont chacun comprend plusieurs groupes d'au moins trois gorges hélicoidales de rayon constant et d'une hauteur de pas correspondant à environ 1 à environ 10 fois le diamètre interne du corps cylindrique, ces groupes multiples de gorges étant situés à la surface de chaque élément du dispositif mélangeur et les gorges de chaque élément de numéro impair ayant#le même sens que les filets de la vis, tandis que celles des éléments de numéro pair sont de sens opposé à celui des filets de la vis sans fin, un col ayant une profondeur approximativement égale à celle des gorges séparant chacun des éléments du dispositif mélangeur, des portées de raclage séparant un groupe de gorges d'un autre en laissant subsister entre elles et le corps cylindrique un interstice insuffisant pour permettre la pénétration d'une couche thermoplastique qui subirait un cisaillement sous l'effet de l'effort provoqué par la rotation de la tête mélangeuse, et des portées en retrait séparant les gorges voisines d'un groupe en laissant subsister entre elles et la surface intérieure du corps cylindrique un interstice qui est suffisant pour provoquer le cisaillement de la matière plastique sous l'effet des efforts provoqués par la rotation du dispositif mélangeur. Le dispositif mélangeur peut etre monté à l'inté- rieur du corps cylindrique en étant à l'alignement coaxial de la vis, soit entre deux segments voisins de vis, soit à l'extrémité du bout de la vis. Il est possible aussi d'utiliser plus d'un dispositif mélangeur à l'intérieur d'un corps cylindrique. L'invention va être décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel - la figure 1 est une coupe axiale partielle du corps cylindrique d'une extrudeuse et en montre une partie de la vis sans fin d'alimentation et le dispositif mélangeur à gorges ; - la figure 2 illustre en élévation le dispositif mélangeur avant sa mise en place dans l'extrudeuse ; et - la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 2, cette ligne étant perpendiculaire au pas des gorges. Dans le mode de réalisation particulier de l'invention que représentent les figures 1 à 3, un corps cylindrique 10 d'une machine usuelle d'extrusion loge une vis sans fin 12 à filets de vis à pas à droite 13. Le dispositif mélangeur 14 est relié de manière amovible à la vis sans fin par un bout d'arbre 16 à filetage à gauche qui est monté dans un trou taraudé (non représenté) de l'extrémité de la vis. Le dispositif mélangeur comprend un nombre impair d'éléments à cannelures ou gorges hélicoldales, dans le cas particulier, trois éléments 17, 18 et 19, bien que ce dispositif puisse aussi comprendre cinq ou sept éléments.Les gorges 21 des éléments de numéro impair, c'est-à-dire le premier élément 17 et le troisième, 19, ont un pas de même sens que celui de la vis 12à pas à droite, tandis que les gorges 22 de l'élément de nombre pair, c'est-à-dire du second élément 18, ont un pas de sens opposé (à gauche). Les gorges de chaque élément sont disposées en cinq groupes de trois dans le mode de réalisation représenté. Cependant, un groupe peut comprendre plus de trois gorges, par exemple quatre ou cinq et chaque élément peut comprendre moins ou plus de cinq groupes, par exemple de trois à huit.Les portées racleuses 23 qui séparent un groupe d'un autre laissent subsister un interstice à l'intérieur du corps cylindrique qui est insuffisant pour laisser passer une couche de matière thermoplastique qui subirait un cisaillement sous l'effet des efforts provoqués par la rotation de la tête mélangeuse. Cet interstice peut correspondre par exemple à environ 0,001 à environ 0,006 fois le diamètre intérieur du corps cylindrique, cette distance étant suffisamment grande pour laisser passer une pellicule continue et avantageuse de matière thermoplastique formant un lubrifiant entre la tête mélangeuse et ce corps cylindrique. La largeur de chaque portée 23 est suffisante pour assurer une action de support. Par exemple, la largeur des portées peut etre comprise entre environ 1/20 et environ 1/4 du diamètre intérieur du corps cylindrique. Les gorges voisines de chaque groupe sont séparées par les portées 24 provoquant un fort cisaillement et qui sont en retrait de manière à laisser subsister entre elles-mêmes et la surface intérieure du corps cylindrique un interstice qui est plus grand que celui qui est compris entre les portées 23 et cette surface du corps cylindrique, cet interstice étant d'environ 0,125 à environ 2,5 mm plus large que l'interstice compris entre les portées 23 et le corps cylindrique. Ces grands interstices sont suffisants pour réaliser une région dans laquelle un fort cisaillement est exercé sur la matière plastique qui passe entre les portées 24 et le corps cylindrique pendant que l'extrudeuse est en fonctionnement. La largeur des portées en retrait correspond en principe à une valeur comprise entre environ 1/100 et environ 1/5.du diamètre intérieur du corps cylindrique. Les gorges de chaque élément du dispositif mélangeur sont parallèles et disposées en hélice à la surface, la hauteur du pas de ces gorges correspondant à une valeur d'environ 1 à environ 10 fois le diamètre interne du corps cylindrique. Cette valeur est de préférence comprise entre environ cinq et environ sept fois le diamètre intérieur du corps cylindrique pour obtenir un pompage et un mélangeage optimaux. En général, le rapport de la largeur d'une gorge au diamètre interne du corps cylindrique est compris entre environ 1/20 et environ 1/3 et le rapport de la profondeur des gorges au diamètre intérieur du corps cylindrique est compris entre environ 1/40 et environ 1/6. Les éléments 17, 18 et 19 du dispositif mélangeur sont séparés les uns des autres par des cols 26 et 27 dont chacun a de préférence une profondeur sensiblement égale à celle des gorges pour obtenir les meilleurs résultats. Bien que la surface des cols tels que représentés soit celle d'une gorge semi-circulaire, il doit être bien entendu que ces cols peuvent avoir d'autres formes et par exemple un profil rectangulaire, celui d'une gorge en V ou d-'autres formes qui peuvent s'usiner facilement. La largeur des cols est comprise en général entre environ 1/20 et environ 1/3 du diamètre interne du corps cylindrique et elle est de préférence approximativement égale à celle d'une gorge. Lorsque l'extrudeuse est en fonctionnement, la matière plastique qu'elle transporte est entraînée vers l'avant par la vis tournante 12 et distribuée à peu près régulièrement dans les gorges 21 de l'élément 17 du dispositif mélangeur. Les portées 24 étant en retrait, la matière est non seulement transportée vers l'avant dans les gorges, mais il se produit aussi un flux unilatéral important d'une gorge à la gorge voisine au-dessus des portées en retrait placées entre ces gorges et provoquant un fort cisaillement. Donc, bien que l'écoulement de la matière soit à peu près constant à l'entrée de chaque gorge, les débits à la sortie varient considérablement. Ces variations de débit contribuent à obtenir la distribution souhaitée dans l'espace des particules voisines de la matière transportée, en plus de l'effet mélangeur bien connu qui se produit dans les gorges hélicoldales séparées par les portées qui ne provoquent pas le cisaillement. La matière qui entre dans le col 26 en provenant de l'élément 17 est distribuée à peu près régulièrement dans les gorges 22 de l'élément 18 du dispositif mélangeur. Le pas de ces gorges étant de sens opposé, il en résulte une déviation importante du flux de matière qui, cependant, est toujours orienté vers l'avant en raison de l'effet de pompage exercé par l'élément mélangeur 17 sur la résine. Le retard produit dans le flux régulier vers l'avant par la déviation ainsi que l'augmentation du temps pendant lequel la matière demeure dans l'élément 18 ont pour conséquence l'amplification de l'effet mélangeur sur la matière dans cet élément.La matière sortant de l'élément 18 est recueillie dans le col 27 et distribuée régulièrement dans les gorges 21 du troisième élément mélangeur 18 dans lequel il se produit une homogénéisation finale sensiblement de la même façon que celle décrite pour l'élément mélangeur 17. Le produit final sortant du dernier élément 19 de la tête mélangeuse, par exemple à travers un filtre et une filière (non représentée), est complètement en fusion et homogénéisé. De plus, la quantité de gels se trouvant dans l'extrudeuse est notablement réduite et les gels subsistants ont une granulométrie inférieure à celle des gels du flux d'alimentation. En plus des avantages résultant de l'extrusion du produit dans la machine comprenant le dispositif mélangeur de l'invention, certains autres avantages sont obtenus, par exemple dans l'importance de l'appareillage nécessaire, la possibilité de remplacement des pièces ou les frais de réparation. Le nombre impair et la forme des éléments rainurés ont plus particulièrement pour conséquence la création d'une pression dans l'ensemble de la matière et le dispositif mélangeur ne restreint pas le débit de la vis sans fin, mais provoque le pompage de la résine. L'énergie globale consommée pour faire fonctionner l'extrudeuse à un débit maximal est donc maintenue à un minimum. De même, les gorges du dispositif mélangeur étant toutes ouvertes vers l'aval, toute battiture de métal qui pourrait se former peut sortir facilement de l'extrudeuse sans causer de dégâts ni au dispositif mélangeur, ni au corps cylindrique. En conséquence, l'extrusion s'effectue à moindre frais et la fréquence des périodes pendant lesquelles la machine doit être arrêtée est minimisée. A titre d'exemple du mode de réalisation représenté, une extrudeuse pour matière plastique de 150 mm de diamètre nominal avait un corps cylindrique d'environ 6,3 m de longueur. Un dispositif mélangeur de 900 mm de longueur, qui était monté sur la vis dont le diamètre du noyau était d'environ 280 mm, comprenait trois éléments mélangeurs ayant chacun environ 250 mm et qui étaient séparés par des cols circulaires ayant environ 50 mm de largeur. Les cinq portées racleuses séparant les groupes de gorge avaient une largeur d'environ 30,5 mm et formaient un interstice avec la surface intérieure du corps cylindrique d'environ 0,45 mm, tandis que chacune des portées provoquant un fort cisaillement (et dont le nombre total était de dix) avait une largeur d'environ 7,5 mm en formant un interstice supérieur d'environ 0,5 mm à celui des portées de raclage. La longueur du pas des gorges de chacun des trois éléments du dispositif mélangeur était d'environ 1632,5 mm (correspondant à environ 5,4 fois le diamètre intérieur du corps cylindrique). La hauteur des filets de la vis transporteuse sans fin était d'environ 8,75 mm et la profondeur des gorges hélicoidales ainsi que celle des cols était d'environ 17,5 mm. La largeur de chaque gorge était approximativement de 4,75 mm. L'extrudeuse perfectionnée de l'invention est utilisable avantageusement pour différentes résines telles que les polyoléfines, les polystyrènes, les polymères d'acrylonitrile-butadiène-styrène et d'autres caoutchoucs contenant des résines, des résines à base de chlorure de polyvinyle, ainsi que de nombreuses autres. REVENDICATIONS 1. Extrudeuse comprenant un corps cylindrique (10), une vis sans fin (12) provoquant l'avance d'une matière plastique dans ledit corps cylindrique et au moins un dispositif mélangeur cylindrique et rotatif monté dans le corps cylindrique et demeurant en permanence à l'alignement coaxial de ladite vis sans fin, caractérisée en ce qu'elle comprend un nombre impair d'éléments mélangeurs (17, 18, 19) dont chacun comprend plusieurs groupes d'au moins trois gorges hélicoidales (21) ayant un rayon constant et une hauteur de pas correspondant à une valeur d'environ 1 à environ 10 fois le diamètre interne du corps cylindrique, ces groupes de gorges étant disposés à la surface de chaque élément, les gorges de chaque élément de numéro impair (17, 19) ayant un pas d'un même sens que celui des filets (13) de la vis et ceux de chaque élément de numéro pair (18) ayant un pas de sens opposé à celui des filets de la vis sans fin, un col (26, 27) séparant chaque groupe voisin de deux éléments du dispositif mélangeur et ayant une profondeur approximativement égale à celle des gorges, des portées (23) séparant un groupe de gorges d'un autre en laissant subsister un interstice avec la surface (21) du corps cylindrique qui est insuffisant pour laisser passer une couche de matière thermoplastique qui subirait un cisaillement sous l'effet des efforts provoqués par la rotation de la tête mélangeuse, et des portées en retrait (24) séparant les gorges voisines d'un groupe en laissant subsister avec la surface intérieure du corps cylindrique un interstice qui est suffisant pour provoquer le cisaillement de la matière plastique sous l'effet de l'effort provoqué par la rotation du dispositif mélangeur. 2. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif mélangeur est monté en bout de la vis sans fin. 3. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément (17, 18, 19) du dispositif mélangeur comprend au moins trois groupes de gorges. 4. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la hauteur de pas des gorges a une valeur comprise entre environ 1 et environ 10 fois le diamètre interne du corps cylindrique et avantageusement une valeur comprise entre environ 5 et environ 7 fois ce diamètre. 5. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'interstice que laisse subsister chaque portée racleuse correspond à une valeur comprise entre environ 0,001 et environ 0,006 fois le diamètre interne du corps cylindrique. 6. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'interstice que laisse subsister chaque portée en retrait est supérieur d'environ 0,125 à environ 2,5 mm à l'interstice que laisse subsister une portée racleuse. 7. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur de chaque portée racleuse a une valeur comprise entre environ 0,005 et environ 0,25 fois le diamètre interne du corps cylindrique. 8. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur de chaque portée en retrait a une valeur comprise entre environ 0,01 et environ 0,2 fois le diamètre interne du corps cylindrique. 9. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur de chaque col a une valeur comprise entre environ 0,005 et environ 0,33 fois le diamètre interne du corps cylindrique. 10. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur d'une gorge a une valeur comprise entre environ 1/20 et environ 1/3 du diamètre interne du corps cylindrique et avantageusement une profondeur ayant une valeur comprise entre environ 1/40 et environ 1/6 du diamètre interne du corps cylindrique.