Brevet FR2486865A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne une extrudeuse à dou- ble vis de dégazage de-matières thermoplastiques ou de matières semblables comprenant un étage de plastification et d'homogénéi- sation et un étage de dégazage et d'extrusion. Pour dégazer on connaît des extrudeuses à deux étages, ayant deux extrudeuses côte à côte ou superposées qui fonction- nent séparément (brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 470 584). La matière plastique thermoplastique est transportée d'une pre- mière extrudeuse,qui assure le travail de plastification et d'homogénéisation,dans une chambre sous vide, dans laquelle se produit un dégazage intensif. De la chambre sous vide, la ma- tière dégazée va ensuite dans la seconde extrudeuse agencée en extrudeuse d'extrusion. A 1 'aide d'un tel équipement, on peut transformer des matières en poudre sensibles du point de vue thermique, en assu- rant d'une part par la mise en oeuvre de deux extrudeuses dis- tinctes qu'il ne se produit pas de phénomène de surchauffe de la matière due à un cisaillement excessif, et d'autre part, que l'on obtient un bon dégazage par la très grande chambre sous vide. L'inconvénient de cet agencement est qu'il faut deux entraîne- ments distincts et qu'il prend beaucoup de place. La transformation d'une matière plastique thermoplasti- que,qui doit être soumise à un dégazage important pendant l'ex- trusion, présente de nombreux problèmes. Afin de pouvoir déga- zer suffisamment une matière, on a besoin de grandessurfacesde matière. Comme,lors de la mise sous une dépression dans une région de dégazage, une masse fondue mousse beaucoup en raison des constituants volatils qui s'évaporent, on ne peut réaliser un bon dégazage que si l'on ménage à l'intérieur de l'extrudeuse beaucoup de volume libre pour le processus de moussage. Ménager un grand volume libre à l'intérieur d'une extru- deuse à double vis est particulièrement importantnotamment quand la matière thermoplastique à transformer donne de l'eau qui est réchauffée à l'intérieur de l'extrudeuse au-dessus du point d'é- bullition et ainsi, se transforme en vapeur d'eau dans l'étage sous vide o se produit une détente de la matière et fait beau- coup mousser la masse fondue. La vapeur d'eau entraîne avec elle des monomères libres, ce qui permet d'obtenir un dégazage remarquable de la matière thermoplastique. Quand donc on veut tirer partie d'un tel processus de dégazage, sans renoncer aux effets remarquables de plastifica- tion et d'homogénéisation d'une extrudeuse à double vis, il est indispensable de ménager à l'intérieur d'une extrudeuse à double vis un très grand volume libre. Mais à cela s'oppose d'autre part que les fonds de filets des vis d'une extrudeuse à double vis, lesquels doivent venir en prise en vue d'obtenir une bonne capacité de transport et un autonettoyage, ne peuvent pas être réduits en diamètre à volonté puisqu'alors le peignage des fonds de filets n'est plus assuré par le diamètre extérieur des crêtes du filetage. Ainsi, ménager des espaces libres dans des extrudeu- ses à double vis, soulève des difficultés importantes. L'invention vise une extrudeuse de dégazage à double vis qui permet d'obtenir de bons résultats de plastification et d'homogénéisation,tout en donnant cependant des résultats de dégazage remarquables, même si on ajoute à la matière de l'eau comme adjuvant de dégazage (agent de strippage). Suivant l'invention, les tronçons de vis dans l'étage de dégazage et d'extrusion ont un diamètre à fond de filet réduit par rapport à celui des tronçons de vis dans l'étage de plastification et d'homogénéisation, le fourreau de la double vis présente dans l'étage de dégazage et d'extrusion un diamè- tre intérieur plus grand que le diamètre intérieur du fourreau dans l'étage de plastification et d'homogénéisation et le diamè- tre extérieur des tronçons de la vis dans l'étage de dégazage et d'extrusion correspond à peu près au diamètre intérieur du fourreau. Les avantages de l'extrudeuse de dégazage à double vis suivant l'invention sont que l'on peut réunir et exécuter sur une machine,d'une manière très avantageuse, deux modes de fonc- tionnement extrêmement différents. C'est ainsi que l'on a besoin pour le premier étage en vue de plastifier la matière à transformer, d'un couple de rota- tion élevé (que l'on obtient par un grand diamètre à fond de filet) et pour l'homogénéisation et par exemple pour l'introduction d'agents d'entraînement (agents de strippage) d'un gradient de cisaillement élevé (que l'on obtient par de faibles profondeurs de filet d'un diamètre à fond de filet aussi grand). Dans le second étage, c'est-à-dire dans le tronçon de dégazage et d'extrusion, on réalise suivant l'invention un grand volume (même petit diamètre à fond de filet et plus grand diamètre extérieur) et un faible gradient de cisaillement en raison de la plus grande profondeur de filet. De manière avantageuse, en vue d'augmenter le volume, on prévoit en outre un pas croissant, c'est-à-dire que l'angle entre une ligne verticale imaginaire et les crêtes de la vis est plus grand dans l'étage de dégazage et d'extrusion que dans l'étage de plastification et d'homogénéisation. On obtient donc dans le premier étage des effets de plas- tification et d'homogénéisation remarquables. La vitesse de rota- tion de la vis peut être choisie librement en fonction du débit souhaité, sans avoir à en tenir compte pour le second étage. Suivant le choix du rapport des diamètres, on peut,à partir du premier étage qui correspond en général aux dimensions de l'ex- trudeuse normale, faire en sorte -que l'étage de déga- zage et d'extrusion ait au maximum trois fois le volume de transport. Le petit diamètre à fordde filet dans cette région en comparaison de la machine normale peut être accepté,puis- que la matière,qui a déjà été fonduen'a plus besoin que d'un couple de rotation relativement petit de la vis. Dans des vis à éléments démontables, dont les tronçons sont enfilés sur un tirant ou une broche, celle-ci peut avanta- geusement avoir dans la région de la zone de dégazage et d'ex- trusion un diamètre plus petit pour favoriser l'augmentation du volume dans cette région par lés tronçons de vis s'enfilant sur la broche et présentant un diamètre à fond de filet encore plus petit. L'agencement suivant l'invention du second étage assure un dégazage remarquable de la matière à transformer,parce que l'on ménage ainsi beaucoup de volume libre en dessous de l'ouver- ture de dégazage. Grâce au diamètre à fond de filet très réduit, avec un élargissement simultané du diamètre du fourreau dans l'étage de dégazage, il se crée un grand volume de transport et donc aussi un grand volume libre. Grâce à ces mesures, la capacité de transport est beau- coup augmentée de sorte que l'on peut éviter,!même lorsque la masse fondue mousse beaucoup, que les filets soient entièrement remplis dans la région de dégazage. En outre, en ménageant beaucoup de volume libre, on est sûr que de la matière ne puisse pas s'élever dans l'ouverture de dégazage et perturber le dégazage. On obtient aussi un traite- ment de la matière extraordinairement ménagée par cet agencement du second étage, parce qu'il se produit peu de cisaillement de la matière et parce qu'ainsi il ne peut pas se produire une éléva- tion intempestive de température. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exem- ple: la figure 1 est une vue en plan d'une extrudeuse de dégazage à double vis; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figuré 1; et 20. la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1. L'extrudeuse de dégazage à double vis se compose de plu- sieurs tronçons 1 à 5 de fourreau-. Dans le fourreau se trouvent deux vis 6 et 7 qui s 'interpénètrent. L'extrudeuse de dégazage à double vis se compose de l'étage 8, étage de plastification et d'homogénéisation et de l'étage 9, étage de dégazage et d'extrusion. Sur les divers tronçons 1 à 5 de fourreau, sont for- méesrespectivement aux extrémités des brides afin de pouvoir fixer les divers tronçons les uns aux autres par vissage. Dans le tronçon 1 du fourreau, se trouve l'ouverture 10 de chargement,tandis que l'ouverture il de dégazage se trouve dans le tronçon 4. Entre les étages 8 et 9, il y a sur la face intérieure du fourreau un anneau 12 de section droite sensiblement trapézo dale. Les vis 6 et 7 qui s'interpénètrent sont constituées de tronçons de vis enfilés sur des broches ou des tirants 13-et 14. Les tronçons de vis sont bloqués en rotation à l'aide de clavettes et 16. A côté de l'ouverture 10 de chargement se trouvent deux tronçons 17 de vis ayant un filetage ramenant-la matière en arrière, afin d'éviter que la matière thermoplastique ne pénètre dans l'unité d'entraînement qui n'est représentée. En dessous de l'ouverture 10 de chargement, se trouve un tronçon 18 de vis à un seul filet et à crêtes 19 étroites, ce qui ménage un volume en renfoncement important dans cette région. Aux tronçons 18 de vis se raccordent également des tronçons 20 de vis à un seul filet, qui présentent des crêtes plus larges et permettent ainsi d'établir une compression. Aux tronçons 20 se raccorde un tronçon 21 qui, à son tour,renvoie la matière dans la direction de transport à des disques 22 de malaxage. Les dis- ques 22 ont notamment pour rôle de rendre possible un fonctionne- ment avec étalement, c'est-à-dire que la matière à homogénéiser est étalée en une couche mince entre les dos des disques de malaxage et la paroi intérieure du fourreau. Les tronçons 23 exercent principalement une fonction de transport,tandis que les disques 24 dentés ont une fonction de mélange. Par disques dentés, on entend des disques annulaires ayant des gorges extérieures fraisées en demi-cercle. La pièce 25 de transition est conique et est sans profi- lage. Dans la zone 9 de dégazage et d'extrusion, sont ména- gés en dessous de l'ouverture il de dégazage des tronçons 26 de vis à plusieurs filets ayant des crêtes 27. A partir de l'anneau de transition, le diamètre K à fond de filet dans l'étage de plastification et d'homogénéisation se réduit au diamètre k à fond de filet dans la zone de dégazage et d'extrusion. En même temps, le diamètre intérieur du fourreau s'agran- dit de la valeur d dans l'étage de plastification et d'homogénéi- sation à la valeur D dans l'étage de dégazage et d'extrusion. Grâces aux mesures mentionnées ci-dessus, on augmente de 1,5 à 2,5 fois environ le volume libre dans l'étage de-déga- zage et d'extrusion. A la figure 2, la profondeur des filets dans l'étage de plastification et d'homogénéisation est désignée par 28,tandis que 29 (figure 3) désigne la profondeur des filets dans l'étages de dégazage et d'extrusion. Aux tronçons 26 à plusieurs filets se raccordent les tronçons 30 à un seul filet, les disques 31 dentés, les tronçons 32 à un seul filet ainsi que les tronçons 33 à crêtes larges. De là, la matière arrive dans un outil d'injection qui n'est pas représenté, par exemple une tête profilée pour la fabrication d'un cadre profilé de fenêtre. Dans un exemple pratique, on charge par l'ouverture 10 de chargement, une poudre de terpolymère d'acrylonitrile,de butadiène et de styrène et on la chauffe à 2600C. En même temps que cette poudre de terpolymère, on charge, par l'ouverture de chargementde 1 à 2% d'eau,qui a été réchauffée dans l'étage de plastification et d'homogénéisation à une température supé- rieure au point d'ébullition. Après que la matière a passé les disques 24 dentés et a été transportée dans l'étage de dégazage et d'extrusion, il se produit une détente totale à 10 à 50 mbar absolue dans le tronçon 26 à plusieurs filets se trouvant en dessous de l'ouverture il de dégazage. En raison de cette détente, la matière mousse beaucoup, les bulles éclatent, et la vapeur d'eau entraîne avec elle les monomères, l'acrylonitrile, le styrène et autre se trouvant dans la masse fondue. Dans un essai comparatif effectué à l'aide d'une extru- deuse à double vis, dont le diamètre extérieur et à fond de filet de la vis et du fourreau reste constant, tant dans l'étage de plastification et d'homogénéisation que dans l'étage de déga- zage et d'extrusion, ce diamètre de vis étant de 90 mm, on a obtenu un débit de 800 kg à l'heure, mais on n'a pas pu abaisser la pression à une valeur inférieure à 300 mbar absolue, sans que les filets et vis soient complètement remplis. A une vitesse de rotation maximale constante, on doit donc diminuer le débit à 500 kg à l'heure afin de pouvoir établir la pression absolue de mbar nécessaire à un bon dégazage sans que les filets soient surchargés. A l'aide d'une extrudeuse de dégazage à double vis suivant l'invention, ayant un diamètre de vis de 90 mm en l'étage de plas- tification et d'homogénéisation et un diamètre de vis de 97 mm et un diamètre à fond de filet de 65 mm dans l'étage de dégazage et d'extrusion, on peutpour une même vitesse de rotation, obtenir un débit de 800 kg à l'heure pour une pression de 20 mbar absolue, en obtenant un-dégazage remarquable en dépit du débit élevé. Pour obtenir l'augmentation du débit de 500 à 800 kg à l'heure, on n'encourt que de faibles frais supplémentaires pour la machine pour les tronçons de vis qui sont plus grands dans la région d'extrusion. REVENDICATIONS 1. Extrudeuse à double vis de dégazage de matières ther- moplastiques ou de matières semblables comprenant un étage de plastification et d'homogénéisation et un étage de dégazage et d'extrusion, caractérisée en ce que les tronçons de vis dans l'étage (9) de dégazage et d'extrusion ont un diamètre (K) à fond de filet réduit par rapport à celui des tronçons de vis dans l'étage (8) de plastification et d'homogénéisation, le fourreau de la double vis présente dans l'étage (9) de dégazage et d'extrusion un diamètre (D) intérieur plus grand que-le diamètre (d) intérieur du fourreau dans l'étage (8) de plastifi- cation et d'homogénéisation et le diamètre extérieur des tron- çons de la vis dans l'étage (9) de dégazage et d'extrusion correspond à peu près au diamètre (D) intérieur du fourreau. 2. Extrudeuse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le pas du filet de vis, c'est-à-dire l'angle entre une ligne verticale imaginaire et les crêtes de la vis,est plus grand dans l'étage (9) de dégazage et d'extrusion que dans l'étage (8) de plastification et d'homogénéisation. 3. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tirants (13,14),sur lesquels les divers tronçons de vis sont enfilés, ont un diamètre plus petit dans l'étage (9) de dégazage et d'extrusion que dans l'étage (8) de plastifica- tion et d'homogénéisation.