Brevet FR2566700A1 — publié le 19860103

Procédé de traitement de matière par extrusion et machine à plusieurs vis pour la mise en oeuvre du procédé L'invention a pour objet un procédé perfectionné de traitement de matières par extrusion, une machine à plusieurs vis pour la mise en oeuvre du procédé et elle couvre également les produits réalises selon le procédé. On utilise des machines d'extrusion pour réaliser divers traitements sur des matières très variées. On peut par exemple réaliser dans des machines à vis des traitements de préparation et de mise en oeuvre de matières plastiques, par exemple par polymérisation, mais également de produits alimentaires, par exemple par cuisson-extrusion. Dans de nombreux cas, on préfère utiliser des machines à plusieurs vis engrenant l'une dans l'autre, qui ont des qualités particulières. D'une façon générale, une machine d'extrusion à plusieurs vis comprend un fourreau allongé enveloppant au moins deux vis à axes parallèles entrainées en rotation autour d'un arbre central sur lesquels sont fixés des organes de traitement tels que des filets enroules en hélice autour de l'axe ; les vis sont placées à l'intérieur d'alésages sécants ménagés dans le fourreau et ayant des diamètres supérieurs à l'entr'axe de telle sorte que la matière alimentée par un orifice d'entrée placé à une extrémité amont du fourreau soit entrainée vers l'aval par l'effet combiné de la rotation des vis.Les filets peuvent avoir des sections à pas variés qui permettent de réaliser, de l'amont à l'aval, divers traitements comme le mélange des constituants introduits par l'orifice d'entrée, le malaxage de la matiè re, sa polymérisation dans le cas de matière plastique, la cuisson en couche mince dans le cas de produits alimentaires, le fourreau pouvant être muni dans certaines sections de jaquettes chauffantes ou bien refroidies qui permettent de porter ou de maintenir le produit entrainé par les vis à une température déterminée. Bien que plus onéreuse à réaliser, les machines à plusieurs vis sont souvent utilisées pour la réalisation de traitements qui ne peuvent être effectués dans les machines à une seule vis. En particulier, elles ont une capacité d'avalement plus importante en volume et indépendante du produit, ce qui permet de convoyer des matières qui ne pourraient pas I'être dans une mono-vis dans laquelle la progression de la matière se fait par adhérance alors que la machine a plusieurs vis est volumétrique. En outre, si les filets des vis ont un diamètre extérieur supérieur a leur entr'a:re, elles engrènent l'une dans l'autre et peuvent être auto-nettoyantes ce qui permet d'éviter que les filets se remplissent de matière adhérante qui viendrait en diminuer le volume. Mais l'utilisation de machines à plusieurs vis présente aussi certains inconvénients. En particulier, il se produit à la sortie de la machine des pulsations de pression dues à l'échappement à chaque tour des filets des vis alors que ces pulsations sont annulées par les phénomènes de glissement existant dans les mono-vis. D'autre part, pour assurer des transferts thermiques ou une régularisation précise de la matière, il peut être préférable d'utiliser une mono-vis dans laquelle le filet est rempli complètement de matière alors que, dans les machines à plusieurs vis, les filets ne sont remplis que dans les zones ou l'on réalise une compression importante par freinage de la matière. L'invention a donc pour objet une machine plus perfectionnée permettant de conserver les avantages de l'engrènement des vis sans en avoir les inconvénients. En outre, l'invention permet la mise en oeuvre de procédés nouveaux de traitements et/ou la réalisation de produits différents A partir d'une même matière. Conformément à l'invention, à la sortie de la première zone de traitement par engrènement des vis, on fait passer la matière dans une seconde zone de traitement dans laquelle les vis tournent à l'intérieur d'alé- sages séparés du fourreau ayant des rayons dont la somme est inférieure A l'entr'axe des vis, celles-ci étant munies de filets de diamètres correspondants et enfilées chacune dans un alésage, la matière se séparant en plusieurs flux soumis à un traitement particulier en mono-vis dans chacun des alésages. Dans un premier mode de réalisation, les flux de matière traités séparément dans chacun des alésages de la seconde zone sont mélangés de nouveau avant extrusion par une filière unique. Dans un second mode de réalisation, les flux de matière traités séparément dans la seconde zone sont extrudés à la sortie de la machine par des filières placées à l'extrémité de chacun des alésages. En particulier, les alésages séparés peuvent avantageusement déboucher dans des filières concentriques pour la réalisation d'un produit fourré par coextrusion. Dans le cas de la préparation de produits alimentaires, l'invention permet de préparer un produit de la façon désirée, par exemple par cuisson-extrusion, dans la première zone de traitement puis de le séparer en plusieurs flux qui sont mélangés à des arômes ou des colorants diffé rents dans les alésages séparés de la seconde zone. Mais l'invention permet également, à partir d'un produit préalablement préparé dans la première zone de traitement, de le diviser en plusieurs flux soumis par exemple à des réactions chimiques différentes permettant par exemple de réaliser une expansion ou de la réduire ou bien de procurer des textures de nature différente. L'invention couvre également une machine à plusieurs vis pour la réalisation du procédé, dans laquelle une partie amont classique comprenant plusieurs vis tournant dans des alésages sécants ménagés dans un fourreau, est suivie d'une partie aval de traitement final limité par un second fourreau muni d'alésages séparés centrés sur les axes des vis et dont la somme des rayons est inférieure à leur entr'axe, les vis étant prolongées chacune à l'intérieur de l'alésage correspondant par une partie aval fonctionnant en mono vis et munie de filets de diamètre égal, au jeu près, a celui de l'alésage. Les alésages séparés peuvent déboucher chacun dans un orifice d'extrusion placé à l'extrémité aval du second fourreau.De la sorte, on peut utiliser par exemple des filières différentes permettant de réaliser des produits de plusieurs formes A partir d'une matière unique. Nais on peut également faire déboucher les alésages dans des canaux séparés convergeant vers un orifice unique d'extrusion de façon A réaliser un nouveau mélange des deux flux de matière ayant subi des traitements différents. Mais l'invention sera mieux comprise par la description d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés. La figure 1 représente la machine selon l'invention, en coupe par un plan passant par les axes des vis. La figure 2 et la figure 3 sont deux coupes transversales suivant des plans AA et BB de la figure 1. La machine selon l'invention comprend deux sections successives de traitement, une section amont I et une section aval Il. La section amont I constitue une machine d'extrusion classique à deux vis. Elle comprend donc un fourreau allongé I dans lequel sont placées deux vis 2 et 3 entraindes en rotation autour de leurs axes parallèles 20 et 30 par un groupe motoréducteur 11. Chaque vis est constituée d'un arbre central d'entrainement, respectivement 21, 31, sur lequel sont enroulés en hélice des filets 22, 32. Ces filets ont un diamètre (d) supérieur a la distance (a) entre les axes 20 et 30, de façon d engrener l'un dans l'autre. Dans l'exemple reprdsenté, chaque filet à un rayon sensiblement égal a la distance entre son axe et la périphérie de l'arbre de l'autre vis et le profil des filets est déterminé de façon que ceux ci se râlent mutuellement. D'une façon générale, le pas et la profondeur des filets sont déterminés en fonction du traitement que l'on désire effectuer et, en particulier, les deux vis peuvent être constituées de sections successives à pas différents permettant de soumettre à des traitements variés la matière introduite par un orifice d'alimentation 12 ménagé a l'extrémité amont du fourreau et entrainée vers l'aval par la rotation des vis. Comme on le voit sur la figure 2, le fourreau 1 est muni de deux alésages 12 et 13 de diamètres égaux, au jeu près, à celui des deux vis et par conséquent supérieur à l'entraxe (a), les deux alésages étant donc sécants dans une zone médiane correspondante à l'engrènement des deux vis. D'autre part, sur une section déterminée du fourreau 1, celui-ci peut être entouré d'une jaquette 15 permettant de réaliser un chauffage ou un refroidissement et par conséquent de porter la matière à une température voulue ou bien de réguler celle-ci. En fonction du profil donné aux deux vis, on peut donc effectuer à l'intérieur de la section I de la machine tout traitement connu de la ma- tière. Selon la particularité essentielle de l'invention, la section amont I de traitement est suivie par une seconde section II dans laquelle pourront être effectués des traitements séparés en mono-vis. A cet effet, le fourreau 1 est prolongé par un second fourreau 4 dans lequel sont ménagés deux alésages séparés 42, 43 dont la sosie des rayons est inférieure à l'entr'axe (a) des deux vis. De la sorte > comme on l'a représenté sur la figure 3, les deux alésages 42 et 43, qui sont centrés sur les axes 20 et 30, ne sont pas sécants. Les deux vis 2 et 3 sont prolongées chacune dans l'alésage correspondant 42, 43, par une partie aval, respectivement 5, 6, qui est enfilée A l'intérieur de l'alésage correspondant 42, 43. Chaque vis 5, 6 est constituée par un arbre, respectivement 51 et 61 sur lequel est enroulé un filetage hélicoldal, respectivement 52, 62. Les deux arbres 51 et 61 sont placés dans le prolongement des arbres 21, 31 des deux vis 2 et 3 et entrainés en rotation avec ces derniers. Les filets 51 et 61 ont des diamètres égaux, au jeu près, à ceux des alésages 42 et 43. Par ailleurs, dans l'exemple représenté, chaque alésage 42, 43, débouche dans un orifice placé à l'extrémité d'un convergent 45, 46, et dans lequel est placée une filière d'extrusion, respectivement 53, 63, cha que vis étant munie d'une pointe pénétrant dans le convergent correspondant. Enfin, la machine peut être complétée par un dispositif 47 de coupe des produits extrudés. Grâce à cette disposition, la matière alimentée par l'orifice d'entrée 14 est soumise au traitement voulue dans la première section I de la machine se divise en deux flux entrainés par les vis 5 et 6 qui fonctionnent en mono-vis. On supprime ainsi les pulsations dans les filières d'extrusion 53 et 63. mais l'avantage essentiel du procédé- selon l'invention est de permettre d'appliquer des traitements différents aux deux flux provenant de la matière préparée dans la première section. En particulier, le fourreau 4 peut être muni de deux orifices 54, 64 débouchant dans les deux alésages 42, 43 et qui permettent d'introduire des produits différents dans les deux flux de matière.On peut ainsi, par adjonction d'eau, de carbonate de calcium, etc..., réaliser l'expansion de l'un des produits extrudé ou procurer des textures de natures différentes en ajoutant des agents qui augmentent ou réduisent l'expansion. On peut également, dans le cas de production de produits alimentaires, introduire des arômes ou des colorants différents dans les deux flux de matière et produire ainsi, à partir d'une même matière, des produits ayant des arômes ou des couleurs différentes. On peut aussi faire varier la section des filières 53 et 63 pour extruder des produits de formes différentes. Grâce à l'invention, on peut ainsi extruder sur la même machine simultanément deux produits différents réalisés à partir d'une même matière sans qu'il soit nécessaire de fabriquer d'abord l'un puis l'autre et de les mélanger ou bien d'utiliser deux machines. On peut aussi faire déboucher les deux mono-vis 5 et 6 dans des filières concentriques qui permettent, par coextrusion, de réaliser un produit fourré. D'une façon générale, l'invention peut faire l'objet de diverses variantes et perfectionnements en restant dans le cadre de protection revendiqué. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement de matière par extrusion dans une machine comprenant au moins deux vis (2, 3) entrainées en rotation autour d'axes parallèles (20, 30) à l'intérieur d'un fourreau allongé (1) et munies de filets hélicoldaux (22, 32) de diamètre supérieur à l'entr'axe (a) des vis (2, 3), l-e fourreau (1) étant muni d'alésages sécants (12, 13) enveloppant extérieurement l'ensemble des vis (2, 3) qui engrènent l'une dans l'autre et entrainent vers l'aval la matière introduite par un orifice d'entrée (14) placé à l'extrémité amont du fourreau (1), caractérisé par le fait qu'à la sortie de cette première zone I de traitement par engrènement des vis, on fait passer la matière dans une seconde zone de traitement II limitée par un second fourreau (4) et comprenant au moins deux vis (5, 6) placées dans le prolongement des vis (2, 3) de la première zone de traitement I et tournant à l'intérieur d'alésages séparés (41, 43) du fourreau (4) centrés sur les axes (20, 30) des vis et ayant des rayons dont la somme est inférieure à l'entr'axe (a) des vis, celles-ci étant munies de filets (52, 62) de diamètres correspondants, la matière se séparant en plusieurs flux que l'on soumet à un traitement particulier en monovis dans chacun des alésages (42, 43). 2.- Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les flux de matière traités séparément dans chacun des alésages (42, 43) de la seconde zone II sont mélangés de nouveau avant d'être extrudés par une filière unique. 3.- Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les flux de matière traités séparément dans chacun des alésages (42, 43) de la seconde zone II sont extrudés A la sortie de la machine par des filières placées à l'extrémité de chaque alésage (42, 43). 4.- Procédé de traitement selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on fait passer les flux séparés de matière dans des filières concentriques pour la réalisation d'un produit fourré par coextrusion. 5.- Procédé de traitement, selon l'une des revendications précé- dents, d'un produit alimentaire, caractérisé par le fait que le produit préparé dans la première zone de traitement I est mélangé à des armes différents dans les alésages séparés (42, 43) de la seconde zone II. 6.- Procédé de traitement de matière selon l'une des revendica tions précédentes, caractérisé par le fait que le produit préparé dans la première zone de traitement I est mélangé à des colorants différents dans les alésages séparés (42, 43) de la seconde zone Il. 7.- Procédé de traitement de matière selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fait passer les flux séparés de matière dans -des filières de formes différentes, pour la réalisation de produits de formes diverses à partir d'une matière unique. 8.- Machine à plusieurs vis de traitement de matière, comprenant un fourreau allongé (1) enveloppant au moins deux vis (2, 3) à axes parallèles constituées chacune d'un arbre central d'entrainement (21, 31) et de filets (22, 32) enroulés en hélice autour des axes (20, 30) et placées à l'intérieur d'alésages sécants (12, 13) ménagés dans le fourreau (1) et dont la somme des rayons est supérieure à 1 'entr 'axe des vis (2, 3), la matière étant alimentée par un orifice d'entrée (14) placé à une extrémité amont du fourreau (1), puis entrainée vers l'aval par la rotation des vis, caractérisé par le fait qu'elle comprend une partie aval II de traitement final de la matière, limitée par un second fourreau (4) muni d'alésages s6- parés (42, 43) centrés sur les axes (20, 30) des vis et dont la somme des rayons est inférieure à leur entr'axe (a), les vis (2, 3) étant prolongées chacune à l'intérieur de l'alésage (42, 43) correspondant par une partie aval (5, 6) fonctionnant en monovis et munie de filets (52, 62) de diamètres égaux, au jeu près, à ceux des alésages correspondants (42, 43). 9.- Machine à plusieurs vis selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacun des alésages séparés (42, 43) de la partie aval Il débouche, par l'intermédiaire d'un convergeant, dans un orifice d'extrusion (53, 63) placée à l'extrémité aval du second fourreau (4). 10.- Machine à plusieurs vis selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les alésages (42, 43) débouchent dans des canaux séparés convergeant vers un orifice unique d'extrusion placé au centre de l'extrémité aval du second fourreau (4).