Brevet FR2530531A1 — publié le 19840127

La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour effectuer le refroidissement interne d'objets tubulaires extrudés, tels que des tubes en matière plastique, par exemple, afin d'empêcher l'oxydation et la déformation mécanique de la paroi interne du tube, suivant lequel et dans lequel de l'azote liquide est introduit dans l'objet tubulaire (le tube) et l'azote liquide est évaporé au moyen d'un dispositif d'évaporation qui est muni d'ouvertures à une extrémité Dans la fabrication d'objets tubulaires, tels que des tubes en matière plastique, un tube qui est très mou et très chaud est déchargé de la buse d'extrusion de la ma- chine Le tube est refroidi extérieurement Au point le plus proche de la buse, on utilise un cylindre refroidi par eau qui constitue également un dispositif de calibrage pour le diamètre extérieur du tube Un bain d'eau et un équipement de refroidissement dans lequel on fait passerle tube sont disposés après le cylindre De l'air comprimé est introduit dans le tube façonné pour appliquer une pression positive à l'intérieur du tube de façon qu'il puisse être appliqué sous pression contre le cylindre extérieur qui détermine son dia- mètre extérieur Pour maintenir la pression positive dans le tube afin qu'il ne s'affaisse pas,un bouchon coulissant amar- ré est monté dans le tube façonné,à une certaine distance de la buse L'emploi d'air comprimé dans le tube présente cepen- dant l'inconvénient que la surface interne du tube s'oxyde facilement Si l'air contient des particules d'eau,ces der- nières,lorsqu'elles heurtent la paroi intérieure du tube, peuvent produire des marques telles dans la matière plastique que celles-ci sont susceptibles après un certain temps de constituer des faiblesses génératrices de fractures En outre, aux vitesses d'extrusion plus élevées, le tube en matière plastique devient si chaud que sa surface interne qui est en contact avec l'air comprimé s'oxyde fortement de sorte que la résistance mécanique du tube fini tombe au-dessous des va- leurs admissibles Au cours dela fabrication de tubes à pa- roi épaisse, il se produit des efforts de traction tangen- tiels importants dans la matière située à l'intérieur du tube ce qui provoque une détérioration de la résistance Ce- ci est dû au fait que le diamètre extérieur du tube est dé- terminé au moyen d'un cylindre de calibrage en même temps que le tube est fortement refroidi extérieurementalors quesa surface interne est encore extrêmement chaude Lorsque la surface interne se refroidit progressivement et se contracte, des effets de traction sont engendrés, de ce fait,à l'inté- rieur du tube,ce qui réduit la capacité du tube à résister aux pressions internes positives Par conséquent, le tube devient extrêmement sensible aux faiblesses génératrices de fractures qui peuvent être formées dans la surface du tube sous forme d'éraillures et autres défauts Jusqu'à présent, par conséquent, il a été extrêmement difficile et parfois impossible de fabriquer certains types de tubes avec un rap- port spécifique entre leur épaisseur de paroi et leur dia- mètre extérieur, par exemple dans le cas o ce rapport est de 15:100. La présente invention a pour but de proposer un procé- dé,et un appareil pour la mise en oeuvre du procédé,grâce auxquels les inconvénients de l'oxydation et des faiblesses génératrices de fracures ont été supprimés et grâce auxquels il n'est plus nécessaire de limiter la vitesse d'extrusion comme ceci était antérieurement le cas Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on fait passer unique- ment de l'azote évaporé hors du dispositif d'évaporation le long de la paroi intérieure du tube façonné et, en outre, en premier lieu, le long de la partie du tube située adjacente à la buse d'extrusion, la température régnant dans le dispo- sitif d'évaporation au voisinage de ses ouvertures étant commandée d'une manière telle que cette température est tou- jours supérieure à la température d'évaporation de l'azote, à la pression qui règne dans le tube de sorte que la totali- té de l'azote fourni est évaporée L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé essentiellement en ce que le dispositif d'évaporation comprend un organe cylin- drique disposé adjacent à la buse d'extrusion à l'intérieur du tube façonné et muni de plaques d'extrémité, l'organe cy- lindrique ayant une bonne conductibilité thermique, en ce que des ajustages sont montés à l'intérieur de l'extrémité fermée de l'organe cylindrique et sont raccordés à une con- duite d'alimentation en azote liquide introduite par la buse d'extrusion, en ce que des ouvertures formées à l'extrémité opposée de l'organe cylindrique pour le passage de l'azote évaporé sont disposées de telle sorte que l'azote évaporé passe entre la périphérie extérieure de l'organe cylindrique et la périphérie intérieure du tube le long de la plus grande partie de la longueur de l'organe cylindrique et en ce que des moyens de détection de la température sont disposés dans la partie inférieure de l'organe cylindrique au voisinage de ses ouvertures et sont connectés à un appareil de commande, en soi connu, pour commander l'alimentation en azote liquide. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple d'applica- tion non limitatif, l'extrusion de tubes en matière plas- tique et dans lesquels. la Fig 1 représente le schéma de principe d'une instal- lation de fabrication de tubes en matière plastique; la Fig 2 représente un appareil pour le refroidissement interne d'un tube extrudé selon l'invention; et la Fig 3 représente un-autre mode de réalisation de l'appareil de la Fig 2. La Fig 1 représente le schéma de principe d'une instal- lation de fabrication de tubes en matière plastique Le tube 1 est extrudé hors de-la buse 2 de la machine à la sortie de laquelle est disposé un dispositif 3 servant à assurer le re- froidissement interne du tube Le dispositif et le tube sont entourés d'un cylindre 4 refoidi par eau qui est suivi d'un bain de refroidissement 5 puis d'un autre dispositif de re- froidissement 7 qui comprend un certain nombre de distribu- teurs d'eau 6 Le tube est tiré à l'aide d'un appàreil d'éti- rage qui comporte deux courroies sans fin d'étirage 8 et 9 qui avancent à une vitesse voulue, l'épaisseur de paroi du tube 1 étant déterminée par la vitesse d'étirage Un accrois- sement de la vitesse d'étirage donne une plus faible épais- seur de paroi au tube Le diamètre extérieur du tube est déterminé par le diamètre intérieur du cylindre extérieur de calibrage 4 Une pression positive régnant dans le tube empoche non seulement le tube de s'écraser mais repousse éga- ment le tube contre le cylindre extérieur 4 Afin de maintenir une pression positive à l'intérieur du tube façonné,un bouchon coulissant amarré 17 est monté à une distance relativement grande de la buse Le bouchon est maintenu en place dans le tube au moyen d'un câble ou analogue qui est attaché au dispositif servant à assurer le refroidissement intérieur du tube 1. On a représenté sur la Fig 2 un mode de réalisation du dispositif servant à assurer le refroidissement interne du tube Ce dispositif comporte un cylindre 13 en une matière ayant une bonne conductibilité thermique Le cylindre est muni, à une extrémité, d'une plaque d'extrémité et,à l'autre extré- mité, d'un écran thermique 14 ayant une mauvaise conductibi- lité thermique L'écran 14 est écarté d'une certaine distance de la buse par des pièces d'espacement et des moyens de fixa- tion 16 de sorte que le cylindre 13 est, de ce fait, effica- cement protégé de la buse chaude 2 Un ajutage 12 est dispo- sé dans la partie du cylindre 13 la plus éloignée de la buse 2 Cet ajutage communique par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 10 avec une source liquide Pour empocher que l'azote liquide soit chauffé pen- dant qu'il traverse la buse 2, la conduite 10 est munie d'un calorifugeage 11 L'ajutage 12 est percé d'un certain nombre de trous qui sont disposés de façon à provoquer une éjection tangentielle de l'azote liquide. Du fait de l'isolation efficace de la conduite d'alimen- tation, l'azote est pulvérisé en phase liquide dans le cy- lindre 13 hors de l'ajutage 12 Le cylindre 13 est entouré par le tube extrudé chaud 1 La chaleur du tube est alors transmise par rayonnement, conduction et convection au cy- lindre 13 de sorte que l'azote liquide est gazéifié L'azote gazéifié sort du cylindre 13 par des ouvertures 15 qui sont formées dans la surface d'enveloppe du cylindre au voisinage de l'écran thermique 14 entre des moyens de fixation 32 Le courant gazeux d'azote froid s'écoule à partir des ouver- tures 15 entre la surface extérieure du cylindre 13 et la surface intérieure du tube 1 puis il remplit le tube entre le cylindre 15 et le bouchon coulissant amarré 17 Grâce à ces moyens,les propriétés de refroidissement de l'azote sont exploitées dans la plus grande mesure du possible pour re- froidir le tube en matière plastique En outre, il est pos- sible de refouler l'air résiduel provenant du début de l'extrusion d'une zone chaude du tube vers des parties plus froides du tube. On a trouvé cependant qu'un refroidissement trop brutal était produit sur l'intérieur du tube en matière plastique dans la zone située immédiatement à l'extérieur de la buse d'extrusion, c'est-à-dire dans la zone dans laquelle la pa- roi du tube passe de la largeur de la fente formée dans la buse d'extrusion à son épaisseur finale Afin de permettre à la matière plastique d'être façonnée doucement et sans à- coupe à l'épaisseur de paroi correcte, une plaque de guidage 25 fabriquée en une matière ayant une mauvaise conductibilité thermique est disposée en cet emplacement de sorte que l'a- zote gazeux froid franchit cette zone de mise en forme cri- tique sans la refroidir. L'azote est maintenu dans le tube en matière plastique à une pression manométrique d'environ 0,5 bar Comme déjà mentionné, cette pression positive empêche le tube en matière plastique mou 1 de s'affaisser et elle a également pour effet de repousser le tube en appui contre le cylindre de calibrage extérieur 4 Etant donné que de l'azote est fourni continuel- lement, l'azote doit être également évacué et pour permettre cette évacuation,une soupape 26 d'excès de pression, par exemple une soupape à ressortest montée dans le bouchon cou- lissant amarré 17 Cette soupape s'ouvre en réponse à l'at- teinte d'une pression spécifique dans le tube et elle dé- charge continuellement la quantité nécessaire d'azote gazeux pour que la pression soit maintenue constante - Le cylindre décrit ci-dessus forme ainsi, non seulement un évaporateur dans lequel l'azote liquide introduit est éva- poré mais également un conducteur de gaz qui conduit le gaz entre le cylindre et le tube façonné. Sur la Fig 3, on a représenté un autre mode de réali- sation du cylindre Dans ce mode de réalisation également, on utilise un écran thermique 14 qui est fixé à côté de la buse 2 à l'aide de moyens de fixation 16 Dans ce mode de réalisation, un tube 20 est monté concentriquement à l'inté- rieur du cylindre 19 Le cylindre est muni de plaques d'ex- trémité lesquelles cependant, n'obturent pas le tube 20 La plaque d'extrémité 24 qui est la plus éloignée de la buse d'extrusion est munie d'un joint d'étanchéité en appui étanche contre le tube façonné Dans cette partie du cylindre, des trous 23 sont formés dans la surface d'enveloppe du cy- lindre pour permettre le passage de l'azote évaporé L'azote sous la forme liquide est introduit par la conduite 10 à travers la buse d'extrusion et pénètre dans des embranche- ments 22 qui aboutissent à des ajutages 21 qui débouchent dans la chambre formée entre la paroi du cylindre et la pa- roi du tube L'azote liquide est pulvérisé tangentiellement par les ajutages et il s'écoule à l'état gazeux dans le cy- lindre 19 jusqu'aux ouvertures 23 L'azote gazéifié est in- troduit dans la chambre formée entre le cylindre 19 et le tube façonné 1 en direction de la buse d'extrusion 2 et il passe ensuite à l'intérieur du tube 20 disposé centralement dont il sort à travers la plaque d'extrémité 24 pour entrer dans le tube 1 Grâce à cet agencement, on obtient un écou- lement de l'azote gazeux en sens inverse du déplacement du tube 1 De cette manière, le refroidissement du tube est quelque peu moins brutal qu'il ne l'est dans le cas de l'a- gencement de refroidissement représenté sur la Fig 2. En ce qui concerne l'alimentation en azote liquide, il est de la plus haute importance que la température de l'é- vaporateur ne tombe pas à la température d'évaporation de l'azote A cette température d'évaporation, un surplus d'a- zote liquide pourrait s'accumuler au fond de l'évaporateur. Ce surplus d'azote liquide pourrait s'écouler par la partie ouverte de l'évaporateur et tomber dans le tube 1 en matiez plastique ce qui aurait pour effet de provoquer une déforma- tion importante de la surface interne du tube en matière plastique On règle, par conséquent, l'alimentation en azol liquide d'une manière telle que la température qui règne dans l'évaporateur au voisinage de son extrémité ouverte soit toujours supérieure à la température d'évaporation de l'azote à la pression qui règne dans le tube Grâce à cett E disposition, la totalité de l'azote liquide est-évaporée et par conséquent, on obtient le refroidissement maximal dans le tube sans avoir besoin de courir le risque que des gouttes d'azote liquide viennent en contact avec la paroi interne du tube. Le dispositif de régulation comprend, dans le mode de réalisation représenté sur la Fig 1, un régulateur de tem- pérature 28 qui reçoit son signal d'un détecteur de tempéra ture 27 Ce dernier est monté à l'intérieur de l'évaporateu dans la partie inférieure et au voisinage de l'extrémité ou verte de ce dernier Le régulateur 28 commande, à son tour, un moteur d'entraînement 29 qui actionne le robinet de com- mande 30 au moyen duquel la quantité d'azote liquide envoyé dans la conduite 10 qui s'étend entre le réservoir 31 et 1 ' vaporateur 3 est commandée La température désirée dans l'é vaporateur est réglée sur une échelle prévue sur le régula- teur En fonction de cette valeur de température fixée 1 valeur du point de consigne et de la température effecti qui règne dans l'évaporateur, le régulateur de température transmet un signal au moteur d'entraînement 29, lequel ac- tionne, à son tour, le robinet décommande 30 qui accroît ou diminue le débit d'azote liquide qui s'écoule dans la con- duite 10 jusqu'à ce qu'un état d'équilibre soit établi entr, la valeur effective et la valeur du "point de consigne". Grâce au procédé et à l'appareil pour sa mise en oeuvre décrits ci-dessus, on atteint l'objectif d'éviter 1 'oxydati de la surface intérieure du tube, grâce à la nature inerte de l'azote, les faiblesses susceptibles de provoquer des fractures qui résultent de l'oxydation de la surface intern( du tube, sont éliminées et les efforts de traction tangen- tiels dans -le tube, qui résultent de la différence de re- froidissement des surfaces extérieure et intérieure, sont réduits Le nouveau procédé et le nouvel appareil ont rendu possible d'accroître la vitesse d'avancement du tube et,ain- si, d'accroître la capacité de production Pour certaines dimensions, l'accroissement a atteint cinq fois la vitesse des agencements antérieurs et, en outre, les tubes obtenus ont été d'une meilleure qualité. Le procédé et l'appareil que l'on a décrits ici dans leur application à l'extrusion de tubes en matière plastique ne sont pas limités à ce produit mais peuvent, à l'évidence, être appliqués à tous types d'objets tubulaires extrudés, dans le cas o un refroidissement interne efficace est es- sentiel pour permettre d'obtenir à la fois une qualité du produit aussi élevée que possible et un taux de production aussi élevé que possible En outre, l'évaporateur et conduc- teur de gaz décrit ci-dessus comme étant utilisé pour l'éva- poration d'azote liquide n'est pas non plus limité aux modes de réalisation décrits et il est possible, naturellement, d'y apporter diverses modifications à divers égards sans sortir du cadre du concept inventif. REVENDICATIONS 1 Un procédé pour refroidir intérieurement des objets tubulaires extrudés, tels que des tubes en matière plas- tique, par exemple, afin d'empêcher l'oxydation et la défor- mation mécanique de la paroi interne du tube,dans lequel de l'azote liquide est introduit dans l'objet tubulaire (le tube 1) et l'azote liquide est évaporé au moyen d'un dis- positif d'évaporation ( 3) qui est muni d'ouvertures à une extrémité, caractérisé en ce qu'on fait passer uniquement de l'azote évaporé hors du dispositif d'évaporation le long de la paroi intérieure du tube façonné et, en outre, en pre- mier lieu le long de la partie du tube la plus proche de la buse d'extrusion ( 2), la température régnant dans le dis- positif d'évaporation au voisinage de ses ouvertures étant commandée d'une manière telle que cette température est toujours supérieure à la température d'évaporation de l'a- zote à la pression qui règne dans le tube de sorte que la to- talité de l'azote fourni est évaporée. 2 Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'évapo- ration ( 3) comprend un organe de forme cylindrique ( 13; 19) ayant une bonne conductibilité thermique, inséré dans le tube façonné ( 11) au voisinage de la buse d'extrusion ( 2) et muni de plaques d'extrémité et qui entoure la chambre d'éva- poration de l'azote et comporte des ouvertures à une extré- mité, en ce qu'à l'intérieur de l'extrémité fermée de l'or- gane cylindrique sont disposés des ajutages ( 12; 21) rac- cordés à une conduite ( 10) d'alimentation en azote liquide qui traverse la buse, en ce que, dans l'extrémité opposée de l'organe cylindrique, il est formé des ouvertures ( 15; 23) pour le passage de l'azote évaporé qui sont disposées de telle sorte que ce dernier passe entre la surface exté- rieure de l'organe cylindrique et la surface intérieure du tube sur la plus grande partie de la longueur de l'organe cylindrique,et en ce qu'un organe ( 27) de détection de la température connecté à un dispositif de régulation ( 28),en soi connu,qui règle l'alimentation en azote liquide est monté dans la partie inférieure de l'organe cylindrique au voisinage de ses ouvertures. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un écran thermique constitué, par exemple,par un disque ( 14) ayant une mauvaise conductibilité thermique est monté entre la buse d'extrusion et l'organe cylindrique. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre-d'évaporation formée dans l'organe cylin- drique ( 13) a son extrémité ouverte disposée du côté de l'écran thermique ( 14), les ouvertures ( 15) prévues pour permettre le passage de l'azote gazeux étant formées dans la surface d'enveloppe de l'organe cylindrique au voisinage de cette extrémité et en ce que les ajutages ( 12) sont dis- posés au voisinage de la plaque d'extrémité complètement fermée opposée de l'organe cylindrique. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une plaque de guidage cylindrique ( 25) est disposée con- centriquement autour de l'organe cylindrique ( 13) à son ex- trémité côté écran thermique ( 14), la plaque de guidage ayant une longueur telle dans la direction axiale qu'elle entoure les ouvertures ( 15) prévues pour le passage de l'azote. 6 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un organe tubulaire ( 20) ouvert à ses deux extrémités est monté concentriquement à l'intérieur de l'organe cylindrique ( 19); en ce que l'organe cylindrique a sa plaque d'extrémité la plus proche de la buse d'extrusion disposée à une certaine distance de l'écran thermique ( 14), les ajutages ( 21) étant disposés au voisinage de cette plaque d'extrémité à l'inté- rieur de la chambre d'évaporation entre l'organe cylindrique et le tube concentrique et ence que l'organe cylindrique a son extrémité opposée adaptée en appui étanche contre le tube façonné, les ouvertures ( 23) formées au voisinage de cette plaque d'extrémité pour le passage de l'azote étant formées dans la surface d'enveloppe de l'organe cylindrique. 7 Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, carac- térisé en ce que les ajutages ( 12; 21) sont disposés de fa- çon à produire une éjection tangentielle de l'azote liquide. 8 Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel un bouchon glissant amarré ( 17) est disposé dans le tube à une distance importante de la buse d'extrusion pour permettre le refroidissement par l'azote jusqu'à ce bouchoi caractérisé en ce qu'une soupape ( 25) d'excès de pression est montée dans le bouchon, cette soupape étant réglée à la surpression désirée dans le tube.