Brevet FR2498120A1 — publié le 19820723

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un produit cons- titué d'un mélange d'une charge solide et d'un liant thermoplastique. Depuis longtemps, on fabrique des produits à base d'une matière plas- tique à l'intérieur de laquelle a été introduite une charge solide. Celle- ci dépend des applications du produit et peut etre,par exemple, de la sciu- re de bois, de la fibre de verre ou de carbone, du mica etc... On fabrique ainsi différents produits comme du bois aggloméré ou des isolants dont les propriétés dépendent de la matière plastique utilisée et de la charge soli- de introduite. Bien entendu, la charge solide a normalement un prix beaucoup plus fai- ble que lamutière plastique, et il est intéressant d'en augmenter autant que possible la proportion, d'autant plus, que généralement, la matière plasti- que sert uniquement de liant entre les particules de charge solide. C'est ainsi que l'on est arrivés à produire des mélanges contenant trois fois plus de charge solide que de matière plastique. Par exemple, avec de la sciure de bois, on peut arriver à des mélanges contenant 70, 75 7 de sci- ure et 25 à 30 7 de matière plastique. Ces mélanges sont réalisés généralement dans une machine d'extrusion comportant une ou plusieurs vis engrenant l'une dans l'autre et entratnées en rotation à l'ntérieur d'un fourreau. La matière plastique introduite à l'extrémité amont sous forme de grains et entratnée par l'engrènement des vis est tout d'abord fondue, le fourreau étant éventuellement chauffé grâ- ce à des enceintes de chauffage électrique ou à vapeur qi sont réparties sur toute sa longueur ou localisées à certains endroits. La charge solide est alors introduite par un orifice ménagé dans la partie centrale etle mélange est homogénéisé ensuite par les vis avant d'e- tre extrudé par une filière placée à l'extrémité aval. Jusqu'à présent, on n'est pas parvenu à dépasser une proportion de 75. de sciure de bois, et il en est pratiquement de même avec les autres charges solides. En effet, au-dessus de cette proportion, la charge solide se répartit mal dans la matière plastique et les particules introduites, au lieu d'être bien entobées par le liantforment des grumeaux. L'échauffement se produit mal, certains points étant surchauffés alors que d'autres restent froids, la matière n'étant d'ailleurs pas régulièrement répartie le long des filets des vis. On a essayé d'améliorer l'homogénéisation en plaçant avant la filière une zone dans laquelle le pas de vis est inversé, les filets étant munis sur leur périphérie de fenêtres qui permettent le passage vers l'aval d'une cer- taine quantité de matière. De la sorte, le passage de la matière vers l'aval étant freiné, la pression augmente, la matière remplit mieux les filets et l'effet de malaxage augmente, ce qui améliore l'homogénéisation du mélange. Cependant, comme on l'a indiqué, la proportiondB charge solide introduite, qui dépend de la nature et de la granulométrie de cette charge, reste géné- ralement limitée à environ 75 X. L'invention a pour objet un perfectionnement permettant d'augmenter très sensiblement la proportion de charge solide et par conséquent de dimi- nuer le coût du produit obtenu. Conformément à l'invention, on fait subir à la charge solide, avant son introduction dans la machine d'extrusion, un préchauffage jusqu'à une tempé- rature aussi proche que possible de la température moyenne atteinte par la matière thermoplastique au point d'introduction. Généralement, on chauffera la charge solide avant son introduction jusqu'à une température comprise entre 150 et 2500 C. On a découvert qu'en préchauffant ainsi la charge avant son introduc- tion dans l'extrudeuse, on réussissait à introduire dans une même quantité de liant plastique une quantité beaucoup plus importante de charge solide puisqu'on arrive à une proportion de 85 % en poids du mélange. Ainsi, la proportion de matière plastique est presque divisée par deux puisqu'elle passe de 25 à 30 % à seulement 15 % et l'avantage économique est évidemment important. On a, par exemple, mélangé de la sciure de bois à du polypropylène dans une machine d'extrusion, qui, de préférence, comporte deux vis identique entratnées en rotation dans le meme sens. Le polypropylène est introduit par un orifice à l'extrémité amont du fourreau et est entratné par l'engrènement des vis. Dans la patie centrale du fourreau est placée un orifice, qui peut couvrir axialement une longueur de l'ordre de trois ou quatre fois le pas des vis. Dans le sens transversal, la largeur de l'orifice est de l'ordre de l'entraxe des vis. En amont de l'orifice d'introduction, le polypropylène a été fondu et recouvre parfaitement la paroi interne des filets. Une machine à plusieurs vis, comme on le sait, réalise l'entraînement de la matière par l'engrè- nement des vis sans que les filets soient nécessairement remplis. En outre, dans les machine à vis co-rotatives, la matière est entratnée sur la péri- phérie des vis en passant d'une vis à l'autre dans la zone d'engrènement. Sur chaque vis, on a une zone plus remplieen amont de l'engrènement puisque celui-ci réalise une diminution de section et cette accumulation de matière qui se produit pour une vis au-dessus de plan passant par leurs axes, se produit au-dessous de ce plan pour l'autre vis. Ainsi, dans les machine co- rotatives, la matière est parfaitement réparties le long des filets et peut absorber dans les meilleurs conditions la charge introduite. On constate que si la sciure de bois est préchauffée, les particules qui sont déversées enpluie sur les filets ainsi " beurrés " de matière plas- tique, s'incorporent immédiatement à celle-ci qui n'a pas tendance à se fi- ger autour de chaque particule comme cela se produisait lorsque la charge était froide. La matière plastique reste ainsi à la mime température dans toutes ses parties, ce qui favorise l'homogénéisation. C'est pourquoi l'on a intérêt à chauffer la sciure de bois à une tempé- rature aussi proche que possible de celle atteinte par la matière plastique à la hauteur de l'orifice d'introduction. Cependant, il ne faut pas non plus que le chauffage de la charge entratne l'inflammation de celle-ci lorsqu'il s'agit d'une matière combustible comme la sciure de bois. On peut avoir In- téret, pour éviter cette inflammation, à réaliser le chauffage autant que possible en absence d'air, par exemple à l'intérieur d'une vis doseuse. Après cette introduction, la sciure de bois est mélangée à la matière plastique dans la partie aval de l'extrudeuse, celle-ci comportant de préfé- rence une zone à pas inversé. On constate que l'on obtient à la sortie de la filière une matière parfaitement homogène contenant environ 85 % de sciure de bois. Bien entendu, la température à laquelle on doit chauffer la charge dé- pend de la nature de celle-ci et de la nature du liant thermoplastique utili- sé, de la fibre de verre, par exemple, pouvant Etre chauffée à une tempéra- ture plus élevée que le bois. Cependant, dans le cas général, la température de préchauffage sera comprise entre 150 et 2500C. Comme on l'a indiqué le procédé selon l'invention sera mis en oeuvre de préférence dans une extrudeuse comportant au moins deux vis entratnées dans le même sens qui permet d'obtenir un meilleur beurrage des filets, mais il est bien évident que le procédé pourrait également tre utilisé dans d'au- tres sortes d'extrudeuses et pour toute sorte de produits. Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement et à titre d'exemple une installation pour la mise oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale et la figure 2 une vue en coupe transversale selon 2,2. figure 1. Comme on l'a indiqué, la machine comprend par exemple deux vis 1 et 2 placées à l'intérieur d'un fourreau 3 qui les enveloppe. De préférence, les deux vis sont identiques et entraînées en rotation dans le même sens par un moteur et un réducteur 4. Sur la plus grande partie des vis, le pas de celles-ci détermine un mouvement vers l'aval, vers la droite sur la figure, de la matière intro- duite par l'orifice d'entrée 31. Le fourreau 3 est muni à son extrémité d'une filière 32 qui donne au produit la section voulue par extrusion, celle-ci étant effectuée par une mise en pression à l'extrémité aval.. A cet effet, le pas des vis 1 et 2 peut se reserrer à l'extrémité aval, mais, de préférence, la zone A à pas direct d'entraînement vers l'aval est suivi d'une zone B comportant quelques filets à pas inversé qui tendent à faire remonter la maière vers l'amont, le passage vers l'aval etant contrBlé par des fenêtres 33 ménagées dans les filets. De ce faitlrJéa szone B réalise un freinage de la matière et par conséquent une montée/à l'extrémité de la zone A. En outre, le passage dans les filets à pas inversé augmente l'homo- généisation de la matière gr9ce à la montée en pression et au passage dans les fenêtres. Vers le milieu de la zone A, le fourreau est muni d'une large ouver- ui ture 345 dans le sens longitudinal, couvre 3 à 4 fois le pas des filets et, dans le sens transversal, a une largeur -de l'ordre de l'entraxe des vis 1 et 2. Au dessus de l'ouverture 34 débouche la sortie d'un appareil de dosage 5 qui peut être du type connu comportant une trémie munie à sa partie inférieure d'une vis de dosage 50. Pour la réalisation de l'invention, la vis 50 est allongée et est enveloppée par un fourreau 51 qui prolonge la trémie 5. Le fourreau 51 est lui-même entouré d'une enceinte de chauffage 52 qui peut être par exemple mais parcourue par un fluide tel que de la vapeur I qui peut aussi être consti- tuée d'un manchon de chauffage par induction, ce procédé permettant un ex- cellent contrôle de la température de chauffage. De préférence, comme on l'a représenté sur la figure 2, le moyen de dosage est constitué par deux vis 50 tournant dans le même sens. En effet, de la sorte, la matière est entraînée autour des vis et on augmente ainsi 2 498120 la surface de chauffage et l'efficacité de celui-ci. La matière plastique étant introduite par exemple sous forme de granulés, par l'orifice 31 est entraînée par la rotation des vis, et commence à fondre, le fourreau 3 étant éventuellement muni lui-même d'une enceinte de chauffage 35. Lorsque la matière arrive dans la zone de l'ou- verture 34, la matière plastique recouvre bien les filets. La charge in- troduite dans la trémie 5 est entraînée par les vis 50, et chauffée par l'enceinte 52 à la température voulue. Elle tombe en pluie dans le large orifice 34 de façon à saupoudrer les filets. Comme on l'a indiqué, le mélange s'effectue de façon excellente dans la suite de la zone A, est homogénéisé dans la zone B et extrudé par la filière 32. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit, d'autres dispositions pouvant évidemment être utilisées pour la mise en oeuvre du procédé sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1- Procédé de fabrication d'un produit constitué d'un mélange d'une charge solide et d'un liant thermoplastique dans une machine d'extrusion à vis à l'intérieur de laquelle la matière thermoplastique introduite à l'extrémité amont est tout d'abord fondue puis mélangé avec la charge so- lide introduite dans la partie centrale, le mélange étant extrudé, après homogénéisation, à l'extrémité aval, caractérisé par le fait que l'on fait subir à la charge solide, avant son introduction dans la machine d'extru- sion, un préchauffage jusqu'à une température aussi proche que possible de la température moyenne atteinte par la matière thermoplastique au point d'introduction. 2- Procédé de fabrication d'un produit selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que l'on chauffe la charge solide avant son introduction, jusqu'à une température comprise entre 1500 et 2500 C. 3- Procédé de fabrication d'un produit selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la quantité de charge solide introduite correspond à % du poids du mélange. 4- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des reven- dications précédentes, comprenant une machine d'extrusion à vis 1 - 2 - 3 associé à un dispositif de dosage de la charge comportant une trémie de chargement 5 munie à sa partie inférieure d'une vis de dosage 50, caracté- risé par le fait que la vis de dosage 50 est prolongée à l'extérieur de la trémie de chargement 5 sur une longueur supplémentaire entourée par un fourreau 51 prolongeant la trémie 5, ledit fourreau 51 étant muni de moyens de chauffage 52. 5- Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que, la machine d'extrusion comprenant 2 vis 1 - 2, entraînées en rotation dans le même sens à l'intérieur d'un fourreau 3 muni à son extrémité autour d'un orifice 31 d'alimentation en matière plastique et dans sa partie cen- trale d'un orifice 34 d'introduction de la charge, caractérisé par le fait que l'orifice central 34 couvre, dans le sens longitudinal au moins trois fois le pas des filets des vis 1 - 2 et dans le sens transversal environ l'entraxe des vis.