Brevet FR2516437A1 — publié le 19830520

La présente invention concerne une machine appelée "granulateur continu" pour faire fondre, malaxer et granuler en continu des matériaux macromoléculaires. On connatt un dispositif pour faire fondre, malaxer et granuler des résines, qui est constitué d'un malaxeur avec une vis dont les deux extrémités sont supportées pour plastifier et malaxer la résine, ainsi que d'une extrudeuse monovis pour granuler la résine. Cette combinaison d'un malaxeur et d'une extrudeuse est relativement volumineuse, consomme beaucoup d'énergie et n'évite pas le chauffage intense et/ou de longue durée de la résine. Un autre dispositif de l'art antérieur est constitué d'un malaxeur dont la vis est supportée à une extrémité seulement et' d'une machine à granuler branchée en série avec l'extrémité du mala- xeur, l'ensemble servant également à faire fondre, à malaxer et à granuler en continu Cependant, une vis supportée à une extrémité seulement est soumise à une forte contre-pression, ce qui demande un palier de butée de structure complexe De plus, la vis doit être relativement longue pour permettre la granulation à l'encontre de la contre-pression élevée Ce dispositif est de ce fait de grande longueur et de construction coûteuse Il n'est pas possible de faire tourner la vis à une vitesse élevée en raison du risque d'endommagement du fourreau par le contact avec la vis La capacité de production du dispositif est ainsi limitée. Encore un autre dispositif connu comporte une pompe à engrenages montéeà l'extrémité de sortie d'une extrudeuse double vis. L'un des inconvénients de ce dispositif est que l'extrudeuse n'offre pas de possibilité de régler le degré de malaxage du matériau pendant le fonctionnement, ce qui exclut une régulation destinée à obtenir un produit de haute qualité suivant le type et la nature de la résine traitée Une autre difficulté provient du fait que, comme l'extrudeuse double vis poss de deux chambres cylindriques qui communiquent entre elles à travers une ouverture latérale, les vis tournant dans ces chambras sont exposées à des forces latérales dues à la pression de la résine, tendant à presser les vis contre le fourreau, provoquant ainsi l'endomaiagement de celui-ci Plus les vis montées en porte à faux sont longues et plus leur vitesse de rotation est élevée, plus grande est la tendance à l'endommagement du fourreau. Pour ces raisons, la capacité de production de ce dispositif est également limitée. partant de cet état de la technique, l'invention vise à apporter un granulateur continu comprenant un malaxeur à double vis dont le degré de malaxage du matériau soit réglable, de même qu'une pompe à engrenages combinée avec le malaxeur, lequel possède, c 6 té sortie du matériau, des chambres cylindriques indépendantes qui ne communiquent pas latéralement entre elles, ce qui supprime les problèmes mentionnés dans ce qui précède de l'art antérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue de c 6 té partiellement en coupe axiale d'un granulateur continu selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale de cette machine, prise suivant la ligne II-II de figure 1; la figure 3 est un graphique montrant les résultats d'essais comparatifs de la consommation d'énergie par une machine de l'art antérieur et par une machine selon l'invention; et les figures 4 a et 4 b montrent, à plus grande échelle, des détails d'une unité de découpage comme celle faisant partie de la machine représentée figure 1. Le granulateur continu représenté sur les dessins se compose d'un malaxeur à double vis 1, d'une pompe à engrenages 2 et d'une unité de découpage 3 Le malaxeur 1 possède un fourreau 4 contenant deux vis 5 entraînées en rotation par un moteur 7 par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse 6 Chacune des vis 5 se compose d'une partie arrière ou partie principale 5 a de plastification et de malaxage de la résine introduite, d'une partie intermédiaire 5 b définissant une fente conique réglable pour régler le degré de malaxage de la résine entre elle-même et une partie tronconique 4 b du fourreau, ainsi que d'une partie avant 5 c Le fourreau 4 possède une tubulure d'alimentation 4 a pour l'introduction du matériau dans le malaxeur 1, la partie intermédiaire tronconique 4 b déjà mentionnée et une partie avant, située à droite de la partie tronconique 4 b sur les dessins, qui porte un évent 4 c et forme intérieurement des parties de chambre, dans lesquelles tournent les parties avant 5 c des vis, qui ont un plus faible diamètre intérieur que les autres parties de ces chambres Les vis 5 sont axialement fixes mais le fourreau 4 peut être déplacé dans ce sens, ce qui permet de régler la largeur des fentes coniques entre les parties intermédiaires 5 b des vis et les parties tronconiques 4 b du fourreau La figure 2 montre que les parties avant des chambres, dans lesquelles tournent les parties avant 5 c des vis, sont indépendantes l'une de l'autre, c'est-à-dire ne communiquent pas latéralement. Le fourreau 4 du malaxeur est monté mobile axialement, par des roulettes 4 e, sur un socle 8 et peut être déplacé dans ce sens, par rapport aux vis 5, par un vérin hydraulique 9 installé sur le socle 8 L'extrémité avant du fourreau 4 forme un détendeur 4 d, auquel est raccordée la pompe à engrenages 2, avec formation d'une chambre intermédiaire 10 Cette chambre est pourvue d'un capteur de pression Il qui détecte la pression dans la chambre 10 et sert à la commande de la pompe à engrenages 2 par une unité de commande (non représentée) L'unité de découpage 3 située à l'avant de la pompe 2 contient intérieurement, voir figure 4, un tamis 20, des filières 22, des lames de découpage et d'autres pièces non représentées en détail. Comme on peut le voir sur la figure 4, la machine peut comporter une première soupape de décharge 23 installée en amont de la pompe 2 et partant de la chambre 10 Par cette soupape peut être déchargée la totalité ou une partie de la résine fondue débitée par les vis 5, l'autre partie sortant par les filières 22. La soupape de décharge 23 a pour but de permettre l'évacuation de portions de matériau non fondues, ou l'évacuation de matières étrangères, de manière à éviter leur introduction dans la pompe 2 et l'endommagement des engrenages de celle-ci La soupape de décharge 23 est ouverte à la mise en marche de la machine pour décharger la résine non fondue ou insuffisamment fondue Lorsqu'il est établi que la résine est suffisamment fondue et ne contient pas de matières étrangères, la soupape 23 est fermée, de sorte que tout le matériau débité par les vis 5 passe ensuite par la pompe à engre- nages. Une seconde soupape de décharge, représentée de façon plus détaillée et à titre d'exemple non limitatif sur la figure 4 b, peut être prévue en amont des filières 22 pour, à la suite d'un arrêt de la machine et avant le début de l'opération de décou- page produisant les granulés, évacuer le matériau situé entre la pompe et les filières Gr 4 ce à l'évacuation de ce matériau du passage entre la pompe et les filières par l'ouverture temporaire de cette seconde soupape de décharge, la machine est capable de toujours délivrer des granulés de haute qualité Figure 4 b est une coupe de la soupape prise suivant un plan normal à l'écoulement de la résine sur figure 4 a La seconde soupape peut être combinée avec la pompe, les filières ou les deux. La pompe 2 et l'unité de découpage 3 sont montées sur un chariot 13 a ce qui leur permet de participer aux déplacements axiaux du fourreau 4. Fonctionnement La résine introduite par la tubulure d'alimentation 4 a est fondue, malaxée et transportée par les parties principales 5 a des vis Le degré de malaxage du matériau peut être réglé par la variation de la largeur des fentes coniques formées entre les parties intermé- diaires 5 b des vis et 4 b du fourreau, par le déplacement de ce dernier au moyen du vérin hydraulique 9 La résine fondue, après avoir été malaxée au degré désiré, est transportée par les parties avant 5 c des vis au détendeur 4 d puis dans la pompe à engrenages 2 Pendant le transport de la résine par les -parties avant 5 c des vis, elle est dégazée, comme désiré, grâce à la prévision de l'évent 4 c La résine fondue est débitée par la pompe 2 sous une pression élevée, de l'ordre de 150 à 350 bars, dans l'unité de découpage 3, o le matériau est granulé La pression dans la chambre 10 ou pression à la sortie du détendeur 4 d, sous laquelle est maintenue la résine fondue à l'entrée de la pompe 2, est détectée par le capteur 11 Ce capteur fait partie d'un système de régulation à boucle fermée pour la régulation de la vitesse de rotation de la pompe 2 ou du moteur 7, au moyen d'une unité de commande non représentée, de manière que la pression détectée par ce capteur soit toujours comprise dans une plage désirée, allant par exemple de 5 à 10 bars La résine fondue est donc maintenue sous 16457 une pression relativement basse, de 5 à 10 bars par exemple, en amont de la pompe 2, tandis que sa pression en aval de cette pompe est élevée, allant de 150 à 350 bars par exemple. Le granulateur continu selon l'invention permet de régler librement le degré de malaxage du matériau par le réglage, pendant le fonctionnement de la machine, de la largeur de la fente formée entre la partie intermédiaire de chacune des vis et la partie tronconique correspondante du fourreau Il est ainsi possible de malaxer le matériau à basse température sans risque d'un malaxage excessif Le matériau malaxé peut être délivré par la pompe à engre- nages 2 à l'unité de découpage 3 sous une pression élevée, pendant que la pression au niveau du détendeur 4 d est en permanence régulée à une valeur basse, de sorte que les parties avant 5 c des vis peuvent être relativement courtes La basse pression au niveau du détendeur 4 d a notamment pour conséquence que la force agissant latéralement sur les parties avant 5 c des vis est faible Cette particularité, ajoutée à l'indépendance des chambres en aval des fentes 4 b/5 b, a pour conséquence que la pression exercée par la résine fondue sur les parties avant 5 c des vis est uniforme dans toutes les directions radiales et que, par suite, la résine elle-même agit comme un palier supportant les parties avant tournantes des vis, ce qui diminue le risque que ces parties de vis viennent en contact avec le fourreau et endommagent la paroi de celui-ci Comme les vis 5 peuvent ainsi être entraînées à une vitesse de rotation élevée, la machine peut avoir un débit de granulés élevé Sa consommation d'énergie est en outre fortement réduite parce que le malaxage excessif du matériau est évité et parce que le matériau est délivré sous une pression relativement basse au c 6 té admission de la pompe à engrenages Le graphique de figure 3 montre schématiquement les résultats d'essais comparatifs de la consommation d'énergie d'une machine convention- nelle sous forme d'un malaxeur à double vis combiné avec une extru- deuse monovis et de la consommation d'énergie d'un granulateur continu selon l'invention L'examen de ce graphique fait ressortir que la machine selon l'invention permet une réduction de 20 à 25 % de la consommation d'énergie. Bien que, dans l'exemple qui vient d'être décrit, la pression au niveau du détendeur soit maintenue constante par la régulation de la vitesse de rotation de la pompe à engrenages, la pression peut également être régulée par la vitesse de rotation du moteur 7 du malaxeur à double vis, la variation de cette vitesse correspondant à une variation du débit de ce malaxeur La surface interne du fourreau peut porter un revêtement à base de cobalt ou à base de nickel pour contribuer a éviter l'endommagement du fourreau par les vis En vue de leur rotation à une vitesse plus élevée, le pas d'hélice des vis peut être choisi dans une plage étendue, allant de 0,1 à 0,5 D (D étant le diamètre intérieur de la chambre cylin- drique du fourreau). Comme il vient d'être décrit, l'invention apporte un granulateur continu comprenant un malaxeur à double vis dont le degré de malaxage peut être réglé par la variation d'une section d'écoulement du matériau traité Le fourreau de ce malaxeur possède une partie avant, située à l'avant de la section d'écoulement réglable, qui possède pour chacune des vis une partie de chambre dont le diamètre intérieur est plus petit que la partie de chambre située en amont de la section d'écoulement réglable De plus, les chambres ne communiquent pas entre elles dans la partie avant du fourreau Le granulateur comprend en plus une pompe à engrenages à la suite d'un détendeur prévu à la sortie du malaxeur, de même qu'une unité de découpage à la sortie de la pompe L'ensemble d'un tel granulateur permet de régler le degré de malaxage du matériau, permet d'empêcher les vis de frotter sur et d'endommager la paroi du fourreau et permet d'extruder des granulés à un débit et une vitesse plus élevés que les machines de l'art antérieur. R E V E N D I C A T I O N S 1 Granulateur continu pour matériaux macromoléculaires, comprenant un malaxeur à vis et un dispositif de granulation, caractérisé en ce que le malaxeur ( 1) est à double vis et est suivi, dans l'ordre, d'un détendeur ( 4 d), d'une pompe à engrenages ( 2) et d'une unité de découpage ( 3) comme dispositif de granulation et en ce que le malaxeur ( 1) est pourvu d'un dispositif de réglage pour régler le degré de malaxage du matériau traité, le malaxeur ( 1) possédant un fourreau ( 4) définissant des chambres, dans lesquelles tournent les vis ( 5), qui ont un plus petit diamètre dans une partie avant que dans une partie arrière et les parties avant des chambres ne communiquent pas entre elles latéralement. 2 Granulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties avant des chambres reçoivent au moins les parties avant ( 5 c) des vis. 3 Granulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de réglage comporte une section d'écoulement de matériau traité dans le malaxeur ( 1) et des moyens pour varier cette section d'écoulement. 4 Granulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section d'écoulement est définie par au moins une fente conique entre une partie de vis ( 5 b) et une partie de fourreau ( 4 b). Granulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour varier la section d'écoulement permettent de produire un déplacement axial relatif du fourreau ( 4) et des vis ( 5), en vue de la variation de largeur de ladite fente. 6 Granulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'unité de découpage ( 3) comporte des filières ( 22) et une soupape de décharge en amont des filières et en aval de la pompe à engrenages ( 2). 7 Granulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une soupape de décharge ( 23) en amont de la pompe à engrenages ( 2). 8 Granulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède un dispositif ( 11) pour détecter la pression du matériau traité en amont de la pompe à engrenages ( 2) en vue de la régulation du débit de cette pompe. 9 Granulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède des moyens ( 7, 8) pour entraîner le malaxeur ( 1) et un dispositif ( 11) pour détecter la pression du matériau traité en amont de la pompe à engrenages ( 2) en vue de la régulation de ces moyens d'entraînement.