Brevet FR2580984A1 — publié le 19861031

L'extrusion est l'un des procédés utilisés pour obtenir des articles en caoutchouc, en plastique ou en résine, naturelle ou synthétique, sous forme de profilés ou de tubes. La fabrication par extrusion à l'aide de machines à vis avec filetage hélicoidal est basée sur la plastification de la matière introduite par la bouche de charge dans la chambre d'extrusion, en la transformant en une matière visqueuse poussée vers la tête de sortie, par une augmentation graduelle de la pression et de la température exercées sur la masse transformée, qui est finalement extrudée à travers la filière placée sur ladite tête de sortie. Les zones de la chambre d'une extrudeuse se répartissent comme suit a) Zone d'alimentation b) Zone de plastification c) Zone de compression d) Zone de pompage ou de dosage. Le processus d'extrusion à l'aide d'une vis à filetage hélicoïdal ne conduit pas à une amélioration remarquable de l'homogénéisation des matériaux extrudés, quoique plusieurs essais ont été faits pour obtenir une certaine qualité de mélange des produits ou composants de la masse pendant le processus, et pour atteindre en conséquence des caractéristiques plus uniformes quant à la qualité du produit extrudé Les études et essais réalisés pour obtenir un effet de mélange et une homogénéisation du mélange extrudé ont concerné particulièrement les vis d'extrusion, sans arriver à des résultats concrets donnant une réelle amélioration-de la qualité du mélange extrudé. Dans certains cas, les recherches ont porté sur les chambres ou chemises d'extrusion, mais les résultats n'ont pas été plus satisfaisants ; en outre, ces méthodes augmentent considérablement le prix de l'extrudeuse. Dans les réalisations de vis avec zones de mélange, il faut remarquer la tendance à changer le dessin du filetage et la profondeur des canaux de transport entre les zones de plastification (b) et de compression (c) Les vis spéciales avec zones de mélange sont modifiées par rapport à leur configuration traditionnelle en modifiant la profondeur des canaux, avec des rampes de réten tion et des échappements axiaux, qui peuvent être obtenus par rétrécissement uniforme, ou bien par paliers. Cette configuration provoque un certain rétro-échange du flux visqueux qui s'écoule dans les divers canaux et en conséquence une action de mélange due à un échange mutuel et à l'existence d'un régime laminaire supplémentaire. La présente invention concerne une machine extrudeu se turbomélangeuse qui comporte sur la vis et la chambre, des éléments connus sous la dénomination d'aubes dans d'autres machines tournantes destinées à la circulation de fluides, en particulier dans les turbines. Ces éléments sont capables d'engendrer des courants turbulents ou désordonnés produisant une véritable action de mélange de la masse visqueuse transportée, pour ainsi obtenir une homogénéisation optimale. La machine selon la présente invention est essentiellement caractérisée par une zone de régulation de flux, qui est disposée sur la partie centrale de la vis d'extrusion et qui, tout comme dans les turbines, est munie d'aubes de répartition du courant du matériau, avec division, déviation et entrecroisement de la matière visqueuse en cours de traitement pour obtenir une liaison complète des particules en mouvements, jusqu'au point d'atteindre un degré d'homogénéisation optimal et un produit extrudé de la meilleure qualité. Pour l'application d'aubes directrices à des extrudeuses, le fonctionnement de ces machines a été étudié et te té de façon approfondie. On va indiquer ci-dessous les obser vations majeures qui en ont découlé. Les extrudeuses à vis sont utilisées normalement, mais non impérativement, pour l'extrusion de matériaux ayant un haut degré de viscosité. En effet, les pompes à vis peuvent engendrer une pression seulement lorsque le fluide en processus est d'une viscosité déterminée. Leur principe de fonctionnement est donc tout à fait différent de celui des pompes centrifuges, à va-et-vient ou à engrenages.C'est pourquoi quelques-uns des premiers auteurs ont nommé les pompes à vis "pompes de viscosité à vis Après analyse des diverses caractéristiques fonctionnelles des pompes à vis ou extrudeuses et en considérant par ailleurs les particularités techniques des aubes, il parait fort intéressant de combiner les propriétés de ces éléments, afin d'obtenir une machine extrudeuse-mélangeuse dont les avantages par rapport aux extrudeuses conventionnelles, sont les suivants a) une excellente aptitude au mélange et à l'homogénéisation de la masse traitée, due à l'action d'une ou plusieurs galettes directrices qui équipent le cylindre d'extrusion avec des aubes fixes b) une meilleure qualité du produit obtenu compact et de caractéristiques uniformes due à un degré d'homogénéisation élevé du mélange c) une capacité de production élevée, grâce à l'augmentation de débit correspondant au flux de friction, par l'action de cisaillement des aubes en une région desquelles il n'existe pas de glissement ou de frottement de la masse contre le cylindre d'extrusion, pour ainsi améliorer l'effet de poussée ; d) une diminution de la température de la masse extrudée, par la diminution des frottements telle qu'indiquée dans le point c)ci-dessus. Ce phénomène est particulièrement important quand on traite des mélanges de caoutchouc, car la température ne doit généralement pas dépasser 1000C. e) un rendement énergétique accru de la machine, avec une plus grande production pour la même puissance, tant par l1aug- mentation du flux de friction que par la moindre influence de la diminution du flux de pression le long de la vis d'extrusion, car les aubes atténuent la tendance au recul engendrée par la pression lors de la mise en place de la matrice sur la tête de sortie. Sur les dessins annexés, sont représentées, à titre d'exemple non limitatif, des formes de réalisation de la machine selon la présente invention. Sur les dessins - la figure 1 est la vue en coupe longitudinale d'une partie d'une machine d'extrusion selon une première forme de réalisation de l'invention. - les figures 2 et 3 sont des vues en élévation frontale et en coupe longitudinale, respectivement, à échelle légèrement agrandie, d'une galette directrice de la machine de la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une machine d'extrusion selon une deuxième forme de réalisation, - les figures 5 et 6 sont des vues en élévation frontale et en coupe longitudinale, respectivement, à échelle légèrement agrandie, d'une galette directrice de la machine de la figure 4, - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une machine d'extrusion, selon une troisième forme de réalisation de l'invention, - les figures 8 et 9 sont des vues en élévation frontale et en coupe longitudinale, respectivement, à échelle légèrement agrandie d'une galette directrice de la machine de la figure 7, - la figure 10 est une vue développée partielle de la surface interne du cylindre fixe d'une chambre d'extrusion selon une forme de réalisation de l'invention, - la figure 11 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une chambre d'extrusion selon une quatrième forme de réalisation, - la figure 12 est une coupe transversale de la chambre d'extrusion de la figure 11, et - la figure 13 est une vue en coupe longitudinale à échelle agrandie d'une galette directrice selon la forme de réalisation de la figure 11. On peut observer sur les dessins que la machine extrudeuse turbomélangeuse selon l'invention est du type à une seule vis tournante 1 à filets hélicoïdaux 6, et comporte un cylindre fixe 2 définissant la chambre d'extrusion et muni de plusieurs galettes directrices 3. Chaque galette directrice 3 comporte plusieurs aubes 4 dont le profil hydrodynamique et l'angle d'attaque sont convenablement adaptés au degré de viscosité de la masse traitée, les filets 6 de la vis étant adaptés pour tenir lieu d'aubes dans les régions où sont placées les galettes 3. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 1, 2 et 3, les aubes 4 sont situées à une extrémité des galettes 3 et sont disposées au voisinage les unes des autres. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 4, 5 et 6, les galettes 3 sont minces et présentent la même largeur que les aubes 4, en étant séparées les unes des autres par des chemises d'entretoisement 5. Les galettes 3 peuvent être montées dans la chambre d'extrusion par vissage sur la vis 1. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 7, 8 et 9, les galettes 3 sont un peu plus larges que celles des figures 4, 5 et 6, et elles sont également séparées les unes des autres par des chemises d'entretoisement 5. Dans les trois formes de réalisation#décrites cidessus, les filets de la vis sont de type écarteur et comportent des filets découpés 7 qui tiennent lieu d'aubes à effet radial et axial. Dans ces formes de réalisation, les galettes directrices 3 placées dans la chambre d'extrusion par montage sur la vis tournante 1 et solidaires au cylindre d'extrusion fixe 2 peuvent être remplacées par d'autres, munies d'aubes 4 ayant un profil hydrodynamique différent et/ou un angle d'attaque différent, conformément au développement de la figure 10. Enfin, les figures 11, 12 et 13 représentent une quatrième forme de réalisation dans laquelle des galettes directrices 3 sont réparties et fixées sur le cylindre d'extrusion 2 par des boulons de fixation 8, de manière à ce que les galettes directrices 3 puissent être introduites dans la chambre d'extrusion une fois montées sur la vis tournante 1. La fixation mécanique des galettes directrices sur la chambre d'extrusion peut être effectuée de plusieurs manières, parmi lesquelles les plus préférées sont celles qui autorisent le montage et démontage de la vis, ainsi que celles qui, pour une même résistance, ont un coût plus faible La transformation des filets hélicoïdaux en aubes dans la région centrale de la vis ne présente pas de comple xité particulière, puisque les parties sont de dimensions et de fabrication mécanique très similaires. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation ci-dessus mais inclut toute variante conforme à son exprit. REVENDICATIONS 1 - Machine extrudeuse turbomélangeuse, comportant une vis tournante (1) à filets hélicoïdaux (6), reçue dans un cylindre fixe (2) formant chambre d'extrusion, caractérisée en ce que le cylindre fixe (2) est muni de plusieurs galettes directrices (3), comportant un certain nombre d'aubes (4) dont le profil hydrodynamique et l'angle d'attaque sont adaptés au degré de viscosité de la masse traitée, et en ce que les filets (6) de la vis jouent le rôle d'aubes dans la région où sont placés les galettes. 2 2 - Machine extrudeuse turbomélangeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les galettes directrices (3) munies d'aubes (4) à profil hydrodynamique sont séparées les unes des autres par des chemises d'entretoisement (5), certains filets (6) de la vis étant conformés pour tenir lieu d'aubes à effet axial, et en ce que lesdites galettes sont aptes à être introduites dans la chambre d'extrusion par vissage sur la vis. 3 - Machine extrudeuse turbomélangeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les galettes directrices à aubes sont solidaires du cylindre fixe et sont disposées de manière à agir axialement et radialement du fait que les filets (6) de la vis (1) sont de type écarteur, et comportent des filets découpés (7) qui tiennent lieu d'aubes à effet radial et axial. 4 - Machine extrudeuse turbomélangeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les galettes directrices incorporées à la chambre d'extrusion, montées sur la vis tournante (1) et solidaires du cylindre fixe, peuvent être remplacées par d'autres munies d'aubes (4) à profil hydrodynamique et/ou angle d'attaque différent 5 - Machine extrudeuse turbomélangeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les galettes directrices (3) comportant un certain nombre d'aubes (4) sont ré parties et fixées sur le cylindre (2) à l'aide-de boulons de fixation (8), les galettes directrices pouvant ainsi être introduites dans la chambre d'extrusion une fois montées sur la vis tournante (1).