Brevet FR2500789A1 — publié le 19820903

Procédé et dispositif d'extrusion servant à la fabrication de produits en matière plastique réticulée L'invention se rapporte à un procédé de fabrication de produits en matière plastique réticulée, au moyen d'un dispositif d'extrusion ayant une vis d'alimentation comportant une partie filetée, ledit procédé comprenant - l'extrusion d'une matière plastique brute sensiblement exempte d'agent réticulant à une première température élevée, - l'injection d'une quantité relativement faible d'un mélange de matière plastique brute et d'au moins un agent réticulant dans la masse fondue en circulation, - l'opération qui consiste à laisser se mélanger la matière plastique brute et le mélange avant leur départ du dispositif d'extrusion. L'invention concerne également un dispositif d'extrusion destiné à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Au moyen de ce procédé et de ce dispositif, on peut fabriquer, à partir d'une résine thermoplastique, des produits plastiques réticulés. La résine thermoplastique la plus courante que l'on doit réticuler est le polyéthylène, dont la structure moléculaire -2- est réticulée par l'effet de réticulation d'o il résulte que la résistance thermique du produit est considérablement améliorée. La réticulation de produits plastiques qui doivent être fabriqués au moyen d'un procédé d'extrusion, est actuelle- ment accomplie à l'aide d'un grand nombre de procédé diffé- rents. Le meilleur marché et également le plus couramment utilisé consiste à utiliser des peroxydes, par addition d'un peroxyde approprié qui ne se décompose pas à la température d'extrusion, à la matière plastique brute, avant le procédé d'extrusion et en relation avec lui. Après mise en forme qui s'effectue à la tête d'extrusion, le produit est chauffé à une température pour laquelle le peroxyde se décompose, ce qui donne la réticulation du produit. Un inconvénient du procédé ci-dessus est sa lenteur. Les propriétés du flux à l'état fondu d'une matière réticulée, même si elle n'est réticulée que partiellement, sont très médiocres, d'o il résulte qu'une décomposition, même partielle, du peroxyde, ne doit pas s'effectuer dans l'extrudeuse. Il s'ensuit que le peroxyde à utiliser doit être tel qu'il se décompose seulement à des températures élevées, ou que les températures d'extrusions doivent être faibles. Dans les deux cas, la température du produit doit être considérablement augmentée après la mise en forme, afin que le péroxyde puisse se décomposer au moins à vitesse raisonnable. Il résulte de la faible conductibilité thermique bien connue des matières plastiques que la réticulation, spécialement des objets ayant des parois épaisses, est lente et exige des lignes de chauffage longues après l'extrudeuse. L'invention se propose de supprimer les inconvénients ci-dessus et de fournir un procédé et un dispositif d'extru- sion plus efficaces et plus pratiques. -3- Dans le procédé de l'invention, la réticulation est toujours exécutée au moyen de peroxydes, mais, grâce à des disposi- tions appropriées, la température d'extrusion est suffisan- te pour obtenir un achèvement rapide de la réaction de réti- culation, et aucun chauffage additionnel n'est requis après l'extrudeuse, tout au moins la nécessité d'un chauffage sup- plémentaire est sensiblement réduite. Plus précisémment, le procédé suivant l'invention est principalement caractérisé en ce que l'injection s'effectue en un emplacement situé, vu dans le sens d'écoulement, au voisinage de l'extrémité extérieure de la portion filetée de la vis d'alimentation et à une seconde température élevée plus faible que la première. Le dispositif d'extrusion suivant l'invention est principa- lement caractérisé en ce que l'ouverture est située, en regardant dans le sens axial, entre l'extrémité extérieure de la portion filetée de la vis principale et la tête de mélange. L'invention sera mieux comprise à l'aide la description ci-après relative à un certains nombre de modes d'exécution donnés à titre d'exemple. Au dessin annexe La figure 1 est une vue en coupe partielle d'une extrudeuse destinée à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une seconde extrudeuse destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, la figure 3 est une vue en coupe à échelle agrandie du dispositif de vis de l'extrudeuse de la figure 2. - 4 - Suivant la figure 1, la matière plastique brute est dosée dans la trémie 2 de l'extrudeuse principale 1. Par effet conjoint de la chaleur introduite à travers la paroi cylin- drique 3 et du cisaillement produit par le mouvement de rotation de la vis d'alimentation 4, le mélange fond et devient homogène. En même temps, une quantité de la même matière brute est dosée dans la trémie 6 d'une extrudeuse auxiliaire 5 placée au voisinage de l'extrémité extérieure du cylindre 3 en même temps qu'un excès de peroxyde. Par l'effet de la vis auxiliaire 7 et de la chaleur introduite de l'extérieur, le mélange fond et devient homogène, avant son introduction dans le mélange de l'extrudeuse principale par l'intermédiaire du canal 8 situé au voisinage de l'extrémité extérieure de la portion filetée de l'extrudeuse principale. Lorsque la température du mélange de l'extrudeuse principale 1 se trouve réglée à un niveau suffisamment élevé et lorsque la température du mélange de l'extrudeuse auxiliaire 5 est maintenue suffisamment basse pour que la décomposition du peroxyde ne s'effectue pas à l'intérieur de l'extrudeuse auxiliaire 5, on obtient un mélange dont la température est déterminée sur la base des températures des matières alimen- tées par l'extrudeuse principale 1 et l'extrudeuse auxiliaire 5, en conformité avec le rapport des flux respectifs des matières. Après que les flux de masse se sont combinés, le mélange est homogénéisé par l'effet de l'extrémité extérieure de la vis d'alimentation 4 de l'extrudeuse principale 1, mais, dans l'égalisation de la chaleur, il se produit un léger retard qui résulte de la lenteur de la conduction thermique, retard au cours duquel la masse atteint la tête d'extrusion 9. Dans ces conditions, la réticulation s'effectue rapidement, du fait que la tempé- rature de la masse est extrêmement élevée. Un mode d'exécution préféré de l'invention est représenté aux- figures 2 et 3. Suivant ce mode d'exécution, le point de contact 8-11 des deux flux de matière fondue se situe après -5- la portion filetée 12 de la vis principale 4, en regardant dans la direction du flux. Au moyen de cet arrangement, l'effet désavantageux du filetage sur la masse fondue contenant du peroxyde est éliminé. Il est connu que deux types de flux existent dans la partie filetée d'une extrudeuse: un flux direct dû à la rotation de la vis et un flux inverse dû à la contre-pression provoquée par la tête d'extrusion. La somme de ces flux transporte la masse dans son ensemble dans le sens direct, mais le flux inverse provoque une dispersion considérable des temps de retard des différentes particules fondues dans la partie filetée. Si ledit flux auxiliaire contenant du peroxyde atteint le flux principal en un point o existe un flux inverse, il reste plus longtemps dans la partie filetée qu'une portion de matière fondue auxiliaire qui atteindrait la composante directe du flux de la masse fondue dans la partie fileté 'de la vis principale. Afin d'empêcher la réticulation à l'intérieur de l'extrudeuse dans un tel cas, la température de la masse de l'extrudeuse principale doit être maintenue inférieure à celle qui serait atteinte dans le cas o seulement un flux direct existerait après combinaison des flux fondus. Une telle situation est réalisée lorsque le flux qui provient de l'extrudeuse auxiliaire 5 peut entrer en contact avec le flux de l'extrudeuse principale en un point 8-11 situé après la partie filetée 12 de la vis principale 4. Au point de contact 8-11, la vis principale 4 est formée d'une portion d'arbre 10 cylindrique plus mince qui définit, en même temps que la paroi de cylindre 3, une chambre de mélange annulaire 11. La partie externe da 'La vis principale 4 qui suit la portion d'arbre plus mince 10 est une tête de mélange classique 13 munie de saignées d'amenée axiales 14 et de saignées d'échappement 15. -6- La disposition est telle que la masse se trouvant dans la chambre de mélange il peut pénétrer seulement dans les saignées d'amenée 14. Entre chacune des saignées d'amenée 14 et une saignée d'échappement adjacente 15, existe un passage périphérique 17 qui permet à la masse contenue dans chaque saignée d'amenée 14 de pénétrer dans une saignée d'échap- pement adjacente 15. Entre chaque couple de saignée d'amenée et d'échappement 14, 15, il existe une arête axiale 16 en contact à glissement avec la surface interne- du cylindre 3, empêchant ainsi tout flux entre les différents couples de saignées d'amenée et d'échappement 14, 15. Le passage périphérique 17 a une faible hauteur radiale par rapport aux saignées 14, 15 sur ses deux côtés, ce qui assure un mélange complèt des masses en circulation. A partir des extrémités extérieures des saignées d'échappe- ment 15, la masse mélangée pénètre dans un canal annulaire 19 défini par la surface intérieure conique de la tête d'extrusion 9 et par l'extrémité extérieure conique corres- pondante 18 de la tête de mélange 13. Finalement, la masse extrudée émerge à travers le canal central 20, conférant ainsi sa forme au produit extrudé. Au moyen de la disposition ci-dessus, chaque particule de la masse combinée a une durée sensiblement constante de flux à partir de la chambre de mélange 11 jusqu'à la tête d'extrusion 9. Exemple Au moyen de l'extrudeuse principale 1 (diamètre du cylindre intérieur 40 mm), du polyéthylène LD a été traité avec une densité de 920 kg/m3 et un indice de fusion 1,8 g sur dix minutes avec un poids de 2,16 kg. La température du mélange a été réglée à 210WC. Au moyen de l'extrudeuse auxiliaire 5, on a effectué un mélange de la même matière brute et d'un peroxyde de dicoumyle dans un rapport 86 14. La température du mélange était fixée à 135 OC. La sortie de -7- l'extrudeuse principale était réglée à 30 kQ/h et la sortie de l'extrudeuse auxiliaire à 5 k/h. Après mélange des flux de masse, la température de la masse combinée mesurée était de 2050C. Le flux de masse total n'était pas 35 kg/h et la part du peroxyde dans la quantité totale était d'environ 2 %. Après la tête d'extrusion 9, le produit a été réticulé pendant environ 15 secondes, le degré de réticulation étant de 82 %, par dissolution dans le xylène. L'aspect et les propriétés mécaniques du produit étaient excellents. En plus des modes d'exécution ci-dessus, il est concevable, sans s'écarter de l'esprit de l'invention, d'utiliser une tête de mélange statique, c'est-à-dire non rotative. Dans ce cas, la vis principale 4 - 10, suivant la figure 3, tournera par rapport à la tête de mélange 13 qui sera fixée au cylindre extrudeur 3. Les têtes de mélange co-rotatives et statiques sont bien connues en soi. -8- Revendications de brevet. 1. Procédé de fabrication de produits en matière plas- tique réticulée au moyen d'un dispositif d'extrusion (1-9) ayant une vis d'alimentation (4) munie d'une portion filetée, ledit procédé (12) comprenant: - l'extrusion d'une matière première plastique brute sensi- blement exempte d'agent réticulant à une première tempéra- ture élevée, - l'injection d'une quantité relativement faible d'un mélange de matière plastique brute et d'au moins un agent réticulant dans la masse fondue en circulation, et - l'opération qui consiste à laisser se mélanger la matière plastique brute et le mélange avant leur départ du disposi- tif d'extrusion, caractérisé en ce que l'injection s'effectue en un emplace- ment (8) situé, dans le sens du flux, au voisinage de l'ex- trémité extérieure de la portion filetée est plus faible que la première. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection s'effectue dans un empla- cement situé dans le sens du flux, derrière la portion filetée (12) de la vis d'alimentation (4>. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une petite quantité d'un activateur accélérant la réticulation, est ajoutée à la masse à extru- der au moyen d'une extrudeuse principale (1 - 4). 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise du peroxyde comme agent rétipulant. - g- 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première température élevée est de l'ordre de 2100C et que la seconde température élevée est de l'ordre de 1350C. 6. Dispositif d'extrusion (1 - 20) servant à la mise en oevre du procédé selon la revendication 2 pour la fabri- cation de produits plastiques réticulés, comprenant: - une extrudeuse principale (1 - 4) servant à extruder une matière plastique brute fondue et comprenant un cylindre d'extrusion (3) avec une ouverture d'injection (8) à travers sa chemise, - une vis principale (4) montée rotative à l'intérieur dudit cylindre (3) et ayant une partie filetées (12), - une tête d'extrusion!9) reliée à l'extrémité externe du cylindre (3), - une tête de mélange (13 - 18) disposée à l'intérieur du cylindre (3), entre l'extrémité externe de la vis princi- pale (4) et la tête d'extrusion (9), - et une extrudeuse auxiliaire (5 7) montée à l'ouverture (8) pour injecter une matière plastique brute fondueen même temps que des additifs dans le cylindre (3), caractérisé en ce que l'ouverture (8) est située, en regar- dant dans la direction axiale entre l'extrémité extérieure de la partie filetée (l21 de la vis principale (4) et la tête de mélange (13 - 18). 7. Dispositif d'extrusion selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vis principale (4) est munie d'une portion d'arbre plus mince (10) définissant, en même temps que la chemise (3), une chambre de mélange annulaire (11) située en face de l'ouverture (8). 8. Extrudeuse selon la revendication 6, caractérisée en ce que la tête de mélange (13) est couplée à la vis principale (4) de manière co-rotative.