Brevet FR2608096A1 — publié le 19880617

"Procédé et installation d'extrusion d'un produit en forme de film, de plaque, de tube, de tige ou de fil" La présente invention concerne un procédé et une installation d'extrusion d'un produit en forme de film, de plaque, de tube, de tige ou de fil. La présente invention se propose de créer des moyens permettant d'extruder et d-e traiter un produit en continu pour soumettre chaque tranche du produit défilant dans l'installation à des conditions de Dression, de température et de fréquence d'une vibration, modifiant la structure morphologique et, par conséquent, les propriétés Dhysicochimiques du produit en faisant varier ces conditions de pression, de température et de fréquence suivant un programme prédéterminé pour effectuer sur le produit un traitement rhéologique en continu. Il est à remarquer que la structure morphologique du produit se définit notamment par le degré de cris- tallisation, la texture, le type de cristal, la forme du cristal, la dimension des cristaux, la forme élémentaire du cristal, la structure interlamellaire, l'orientation déterminée par la nature des liaisons et la forme des macromolécules, et en particulier dans le cas de matières plastiques amorphes, le "volume libre", le volume libre total et la structure du volume libre, ces deux éléments déterminant l'importance des contraintes internes existant dans le produit à l'état vitreux et probablement la ductilité du produit. Les propriétés physicochimiques du produit sont notamment ses propriétés mécaniques, c'est-à-dire la résistance aux chocs, la ductilité, le module d'élas- ticité, le comportement au fluage, la résistance à la fatigue. Les propriétés électriques sont notamment la tension de claquage, la conductance, les pertes de charge et la résistance à l'isolation. Les propriétés thermiques définissent la température d'utilisation, la résistance au vieillissement physique (lorsque le matériau est recuit), ou sa résistance à la corrosion, à l'oxydation et aux agents corrosifs. Il est déjà connu de modifier les caractéristiques physicochimiques d'un produit en lui faisant subir des variations de pression, de température et de fréquence suivant un programme préétabli en fonction des variations à obtenir. Toutefois, de telles opérations ne se font actuellement que sur des échantillons de produits et non pas de manière continue sur un produit en forme de tube, de film ou de tige qui traverserait une installation. La présente invention a pour but de créer des moyens permettant d'effectuer un tel traitement en continu. A cet effet, l'invention concerne un procédé d'extrusion d'un produit de type ci-dessus, caractérisé en ce qu'on extrude le produit en forme de tube ou de tige et on fait passer le produit dans des zones de traitement dans lesquelles règnent des conditions de pression de température et de fréquence établies suivant un programme prédéterminé pour effectuer sur le produit un traitement rhéologique en continu, pour appliquer ces conditions de pression de température et de fréquence 3 2608096 à la tranche se trouvant dans cette zone, de manière à faire parcourir toutes les zones à chaque tranche du produit. L'invention concerne également uns installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, installation caractérisée en ce qu'elle comprend une extrudeuse extrudant un produit en forme de tube ou de tige, un ensemble d'étages successifs traversé par le produit venant de l'extrudeuse et pour soumettre chaque tranche de produit aux conditions de pression, de température et de fréquence régnant dans cet étage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les étages traversés par le produit extrudé se composent d'une partie extérieure et d'une partie intérieure entre lesquelles passe le produit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la partie extérieure est formée par une couronne périphérique fixe constituant une surface de guidage et qui applique à la surface extérieure du produit la température corres- pondant à cet étage et la partie intérieure se compose d'un équipage rotatif comprenant des galets tournant contre la surface interne de la tranche du tube, en cours de traitement, ces galets étant soumis à la pression exercée par une chambre de pression pour exercer sur la surfaceinterne de la tranche du produit, la pression et la fréquence correspondant à cet étage, le nombre de galets et la vitesse de rotation de ces galets sur la surface interne de la tranche étant choisie pour obtenir la fréquence et la pression exercée par la chambre de pression sur les galets étant la pression de l'étage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'équipage rotatif de la partie intérieure se compose de pignons épicycloidaux entraînés à partir d'un axe commun à au moins une partie des étages. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque étage est constitué par un équipage rotatif dont le centre est traversé par le produit à traiter, cet équipage rotatif étant constitué par un ensemble de galets irntérieurs logés dans une chambre de pression périphérique, l'ensemble étant entraîné en rotation partir d',un axe d'entraînement extérieur, le nombre de galets et la vitesse de rotation de ces galets à la surface de la tranche du produit à traiter correspondant à la fréquence de l'étage, la pression régnant dans la chambre de pression et qui est exercée sur le produit par l'intermédiaire des galets et dans la pression de cet étage et les galets sont mis à la température de l'étage. La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - La figure 1A montre schématiquement le procédé selon l'invention, appliqué à la fabrication d'un produit en forme de tube; - La figure lB montre schématiquement le procédé selon l'invention appliqué à la fabrication d'un produit en forme de tige; - La figure 2A montre schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé de la figure lA; - La figure 2B montre schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé de la figure lB; - Les figures 3 et 4 sont deux schémas en coupe transversale et en coupe axiale d'un exemple d'installation selon le schéma de principe de la figure 2A. - La figure 5 est un graphique montrant les variations de pression en fonction du temps. Selon la figure lA, le procédé selon l'invention, appliqué à la fabrication d'un produit en forme de tube (ou de nappe) consiste à extruder (A) un tube 1 puis à augmenter (B) le cas échéant son diamètre 2, puis à faire passer (C) ce tube 3 dans des zones (Zn) successives de traitement dans lesquelles on fait régner des conditions de pression (Pn) de temperature (Tn) et de fréquence (fn) établies suivant un programme prédéterminé pour effectuer sur le produit un traitement rhéologique en continu. En sortie (D) de procédé, le produit 3 obtenu est alors laissé en forme de tube ou est coupé longitu- dinalement pour former une nappe; dans l'un et l'autre cas, le produit est enroulé ou est découpé en segments. La figure lB montre schématiquement l'application du procédé de l'invention à la fabrication d'un produit en forme de tige, qui dans le cas le plus simple, présente une section circulaire. De façon analogue au procédé décrit ci-dessus, on extrude (A') un produit 1' en forme de tige (produit plein) dont on modifie (B') éventuellement la section 2', puis on fait passer (C') le produit 3' dans des zones de traitement (Zn) dans lesquelles règnent des conditions de pression, de température et de fréquence (Pn, Tn, fn) prédéterminées suivant un programme de traitement permettant d'appliquer au produit un traitement rhéologique en continu. En sortie (D'), le produit 3' est sectionné à la longueur voulue ou est enroulé. La figure 2A montre schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la figure 1A. Cette installation se compose d'une extrudeuse 10 représentée schématiquement. Le cas échéant, cette extrudeuse alimente directement la partie aval de l'installation constituée d'une succession d'étages, comme cela sera décrit ci-après. Dans certains cas, l'extrudeuse 10 est suivie d'un organe élargisseur 11 qui augmente le diamètre de tube extrudé plus que l'augmentation naturelle du diamètre du tube à la sortie de l'extrudeuse. On obtient ainsi un tube 3 de plus grand diamètre éventuellement de diamètre correspondant au diamètre final. Cet élargisseur 11 est intéressant dans certains cas pour donner une orientation initiale au produit extrudé, avant que ne soit effectué le traitement rhéologique. A la suite, l'installation comporte une succession d'étages (El. En.....) correspondant aux zones (Zn) du programme du procédé de traitement rhéo- logique. Chaque étage (En) se compose d'une partie extérieure (Mn) et d'une partie intérieure (Nn) qui coopèrent. La partie extérieure Mn agit sur la surface extérieure de la tranche 3a du produit 3 et la partie intérieure (Nn) agit sur la surface intérieure de la tranche 3n. Suivant un mode de réalisation avantageux, la partie extérieure (Mn) est une couronne péri- phérique dans laquelle règne la température (Tn) de manière à mettre la couronne de produit (tranche portant la référence 3n) à la température (Tn). Cette partie extérieure (Mn) a une résistance mécanique suffisante pour que la partie intérieure (Nn) puisse induire dans la tranche 3n du produit 3, la pression (Pn) et la fréquence (fn) par l'intermédiaire de la partie intérieure (Nn). Il est à souligner que la température (Tn) de la partie (Mn) et la pression (Pn) et la fréquence (fn) induites par la partie (Nn) sont définies indépendamment des paramètres correspondants des autres étages (E3). Bien que schématiquement, la structure de l'installation de la figure 2A soit cylindrique (c'est-à-dire conserve au produit la même section) il est également envisageable d'augmenter cette section suivant un profil prédéterminé, tenant compte des paramètres (Pn, Tn, Pn). La figure 2B montre un exemple d'installation pour la mise en oeuvre du procédé de la figure lB. De façon analogue à l'installation de la figure 2A, cette installation se compose d'une extru- deuse 104 formant un produit plein 1' (en tige). En aval de l'extrudeuse, l'installation se compose d'étages (E'1.. E'n.... pour appliquer aux différentes zones 3'n du produit 3', le traitement rhéolo- gique, c'est-à-dire les pressions (Pn), température (Tn) et fréquence (fn) suivant le programme prédéterminé. Il convient de souligner que, dans cette installation également, les différents étages (E'n) sont indépendants quant à la valeur des paramètres (Pn, Tn, fn). Dans cette installation, l'action des paramètres (Pn, Tn, Fn) se fait uniquement par la face extérieure du produit 3' (3'n). De façon particulièrement avantageuse, les étages (En, E'n) des installations selon les figures 2A, 2B sont rotatifs à la fois pour assurer une meilleure uniformité dans l'application de la pression et de la température (Pn, Tn) et pour exercer la fréquence (fn). Dans le cas de l'installation de la figure 2A, cette commande en rotation peut être assurée à partir d'un axe central 12 entrainant les différentes parties intérieures (Nn) à des vitesses de rotation déterminées, les parties extérieures (Mn) étant fixes dans le cas le plus simple ou également rotatives. Dans le cas de l'installation de la figure 2B, la commande d'entraînement en rotation est assurée par un axe extérieur 12' transmettant son mouvement aux équipages rotatifs des étages (E'n). Les figures 3, 4 montrent un exemple de réalisation d'un étage (En) de l'installation de la figure 2A. 8 2608096 La partie extérieure (Mn) est constituée par une couronne 20 fixe formée par des éléments chauffants ou à effet Peltier ou par une chambre recevant un fluide caloporteur règlant la température (Tn) de cette partie extérieure (Mn). La partie intérieure (Nn) est une structure rotative de type épicycloidal formée d'un ensemble de pignons 21, 22 logé dans une couronne extérieure 22', entourée par une chambre de pression 23; cette chambre est logée dans une cage 24 périphérique portant des galets qui transmettent la pression au produit (non représenté). Le nombre des galets 25, la vitesse de circulation de ces galets 25 (par l'intermédiaire des pignons 21, 22, la vitesse de rotation de l'axe central 26 sont choisis de manière à induire dans le produit une fréquence (fn) prédéterminée. Il est à remarquer que les galets 25 en contact avec le produit et qui s'échauffent sous l'effet du roulement, peuvent être refroidis (ou même chauffés) suivant la tempé- rature (Tn) à laquelle doit être le produit dans cet étage (En). La pression (Pn) suivant laquelle les galets 25 sont appliqués contre le produit, est déterminée par la pression régnant dans la chambre 23; cette chambre peut être constituée par une couronne torique dans laquelle est injecté un fluide à la pression voulue. A la fin du traitement décrit ci-dessus, on procède à la stabilisation du produit et à sa protection contre le vieillissement. Pour cela, on soumet le produit à une radiation de type "rayonnement ultraviolet", "rayonnement gamma" ou "rayonnement X". La figure 5 est un schéma montrant les variations de pression agissant sur une section de produit dans son passage à travers l'installation. Le graphique donne la pression P en fonction du temps. En fait, comme l'installation travaille en continu, le temps peut également se représenter par la distance parcourue par une tranche du produit. Selon la figure 5, les pressions sont représentées en ordonnées et les temps ou distances en abscisses. Une tranche de produits traverse tout d'abord l'étage Ei de longueur de parcours di. Dans cet étage règne la température Ti et le produit est soumis à l'action de galets qui induisent des montées en pression jusqu'au niveau de pression Pi. Après l'action d'un galet avant l'action du galet suivant qui roule sur le produit, le produit se relaxe dans la partie Ri de la courbe puis la pression augmente de nouveau dans la partie Ri + 1 pour chuter de nouveau et ainsi de suite. La variation de pression entre le maximum et le minimum correspond à une amplitude Ai. A la suite de cet étage Ei, c'est-à-dire lorsque le dernier galet 25 est passé sur la tranche de produits, et avant que le premier galet de l'étage suivant n'attaque cette même tranche de produit (qui défile à travers l'installation), il y a un intervalle Si de longueur variable (qui peut être nul) dans laquelle le produit se relaxe. Puis à l'entrée de l'étage Ej suivant (j = i + 1), la pression augmente de nouveau pour passer au niveau Pj de pression exercée par les galets. A l'intérieur de cet étage Ej, la succession des galets traitant la tranche de produit crée une montée et une chute de pression d'amplitude Aj et de fréquence correspondant à la vitesse de rotation multipliée par le nombre de galets. La largeur ôi de cet étage Ej peut être égale ou différente de la largeur &i de l'étage précédent. A la suite de cet étage EJ, il y a de nouveau un intervalle Sj de largeur choisie avant que la tranche de produit n'arrive dans l'étage suivant Ek. Le schéma de la figure 5 donne également à titre de rappel les températures Ti, Tj et Tk régnant dans les étages. La relation entre ces températures dépend du programme préétabli. I1 est important de remarquer que la vibration exercée par la mise en oeuvre du procédé d'extrusion de l'installation se fait dans les deux sens du produit. Il s'agit donc d'une vibration bidirectionnelle et la vibration dans les deux directions n'a pas les mêmes caractéristiques. A titre d'autre remarque, on notera que les amplitudes Ai, Aj....etc... de variation de la pression dans chaque étage dépendent des paramètres Tn, Pn et fn. REVENDICATIONS 1 ) Procédé d'extrusion d'un produit en forme de film, de plaque, de tube, de tige ou de film, carac- térisé en ce qu'on extrude (A) le produit en forme de tube ou de tige (1, 1') et on fait passer (C) le produit(3, 3') dans des zones de traitement (Zn, Z'n) dans lesquelles règnent des conditions de pression de température et de fréquence (Pn, Tn, fn) établies suivant un programme prédéterminé, pour effectuer sur le produit un traitement rhéologique en continu, pour appliquer ces conditions de pression de température et de fréquence à la tranche (3n, 3'n) se trouvant dans cette zone, de manière à faire parcourir toutes les zones (Zn, Z'n) à chaque tranche (3n, 3'n) du produit. 2 ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé d'extrusion, selon la revendication 1, installation caractérisée en ce qu'elle comprend une extrudeuse (10, 10') extrudant un produit (1, 1') en forme de tube ou de tige, un ensemble d'étages successifs (E....En, E1...E'n... traversé par le produit (3, 3') venant de l'extrudeuse et pour soumettre chaque tranche (3n, 3'n) de produit aux conditions de pression, de température et de fréquence (Pn, Tn, fn) régnant dans cet étage (En). 3 ) Installation selon la revendication 1, applicable à la fabrication d'un film en forme de tube et/ou de nappe, installation caractérisée en ce que les étages (En) traversés par le produit extrudé (3) se composent d'une partie extérieure (Mn) et d'une partie intérieure (Nn) entre lesquelles passe le produit. 4 ) Installation selon la revendication 3, carac- térisée en ce que la partie extérieure (Mn) est formée par une couronne périphérique (20) fixe constituant une surface de guidage et qui applique à la surface extérieure du produit la température (Tn) correspondant à cet étage et la partie intérieure (Mn) se compose d'un équipage rotatif comprenant des galets (25) tournant contre la surface interne de la tranche (3n) du tube (3) en cours de traitement, ces galets (23) étant soumis à la pression exercée par une chambre de pression (23) pour exercer sur la surface interne de la tranche (3n) du produit (3) la pression (Pn) et la fréquence (fn) correspondant à cet étage (En), le nombre de galets (25) et la vitesse de rotation de ces galets sur la surface interne de la tranche (3n) étant choisis pour obtenir la fréquence (fn) et la pression exercée par la chambre de pression (23) sur les galets (25) étant la pression (Pn) de l'étage (En). ) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'équipage rotatif de la partie intérieure (Mn) se compose de pignons épicycloi- daux (21, 22) entraînés à partir d'un axe (26) commun à au moins une partie des étages (En). 6 ) Installation selon la revendication 2, pour la fabrication d'un produit en forme de tige, installation caractérisée en ce que chaque étage (E'n) est constitué par un équipage rotatif dont le centre est traversé par le produit (3) à traiter, cet équipage rotatif étant constitué par un ensemble de galets intérieurs logés dans une chambre de pression périphérique, l'ensemble étant entraîné en rotation à partir d'un axe d'entraînement (12') extérieur, le nombre de galets et la vitesse de rotation de ces galets à la surface de la tranche (3'n) du produit à traiter correspondant à la fréquence de l'étage (En), la pression régnant dans la chambre de pression et qui est exercée sur le produit par l'intermédiaire des galets et dans la pression (Pn) de cet étage et les galets sont mis à la température (Tn) de l'étage.