Brevet FR2618096A1 — publié le 19890120

La présente invention se rapporte à une vis d'ex- trusiondestinée à refouler des mélanges de matières et comportant au moins une gorge cernée par l'enveloppe et par un filet hélicoïdal, et une pointe cylindrique disposée à l'extrémité de cette gorge, débouchant dans un canal répartiteur de l'enveloppe et présentant à son extrémité une surface d'écoulement inclinée sur l'axe de la vis. La configuration et le rôle de la structure des pointes très diverses disposées à l'extrémité d'une vis d'extrusion, sont connus grâce à la littérature: voir par exemple Schenkel-Kunststoff-Extrudertechnik (techni- que de l'extrusion des matières plastiques), Carl Hauser Verlag, Munich, 1963, pages 236-237. Ces pointes sont destinées à permettre au courant de matière délivré par la vis de bien passer' dans le canal de sortie. Cette matière, que le canal de sortie délivre à une ou plu- sieurs filières d'extrusion, doit présenter un profil de températures très uniforme pour garantir que la quali- té du produit soit suffisante. Les pointes de vis 'qui présentent les configurations connues ne satisfont qu'incomplètement à cette condition, parce qu'elles empêchent bien de petites quantités de la matière de séjourner longtemps dans des zones mortes, mais elles laissent inchangé le profil non homogène de cette matière à couches marginales, médianes et centrales. Les matières, qui proviennent de la gorge de la vis d'ex- trusion en présentant les profils de température diffé- rents précités et en formant des couches hélicoidales, passent pratiquement inchangées dans le canal répartiteur. Les couches de produit qui proviennent de la zone centrale sont portées à une température encore plus éle- vée par la surface des pointes de vis en rotation, en raison de l'énergie de cisaillement qui y est produite, et elles sont également refoulées sans être dispersées. Même les pointes de-vis, à surface d'extrémité inclinée sur l'axe de la vis, n'empêchent pas les couches margi- nales extérieures chaudes des matières de passer directe- ment dans le canal répartiteur. Il se forme par ailleurs, dans l'axe de la pointe de la vis, un espace mort d'o la matière ne s'écoule que lentement sous la formé d'un filet chaud. L'invention a pour but de conformer l'extrémité d'une vis d'extrusion de façon que le courant de matière sortant de la gorge de cette vis soit amené en présentant une répartition de température homogène dans la zone d'extrusion en aval. Il a été constaté que si la pointe de la vis est configurée de façon que la matière soit recueillie sur des surfaces d'écoulement radiales et passe sur une arête d'écoulement, elle sort sous la forme d'une bande mince. Selon des caractéristiques importantes de l'inven- tion, la surface d'écoulement est composée de surfaces partielles qui s'élèvent hélicoidalement dans le sens de l'écoulement et dont le bord extérieur ménage un jeu radial avec la paroi de l'enveloppe de la vis et/ou du canal répartiteur, les surfaces partielles situées du côté de l'arrivée de la matière étant limitées par une âme centrale qui va jusqu'à l'axe de la pointe et cer- nant avec cette âme un canal de passage destiné à rece- voir cette matière, et la face frontale de cette âme centrale, limitée par une arête radiale, formant la surface partielle qui est située du côté de la sortie de la matière. Avec une vis d'extrusion configurée conformément à l'invention, lorsque la matière sort de la gorge cor- respondante de cette vis, cette matière vient en contact avec les surfaces partielles qui montent en hélice en formant une surface d'écoulement commune et, grâce au mouvement de rotation de la pointe, elle est délivrée sur toute la longueur du bord extérieur de ces surfaces partielles. Son passage est réparti sur toute la longueur desdites surfaces partielles extérieurement à l'axe de rotation de la vis, si bien que la matière est trans- formée en une bande hélicoïdale mince. Cette répartition est due essentiellement à l'action de transport que les surfaces partielles, limitées par l'âme centrale, impo- sent au mélange, tout ce mélange étant finalement soumis à un malaxage par l'arête radiale. De la sorte, toutes les couches non homogènes qui sortent de la vis sont reprises et amenées à la zone d'extrusion dans des condi- tions de répartition de température homogène. Les surfaces partielles peuvent être planes. Leur configuration est alors simple et elles peuvent être réalisées économiquement. Les surfaces partielles peuvent former une surface d'écoulement qui s'élève constamment sous un angle compris entre 10 et 30 et égal avantageusement à 150. Cette configuration permet de répartir uniformément le mélange sur toute la surface d'écoulement et permet donc à ce mélange de s'écouler de manière uniforme par le bord extérieur et l'arête de cette surface, notamment dans le cas de mélanges de matières renforcées par des charges abrasives. L'âme centrale peut présenter un profil délimité par des courbes concaves, notamment demi-circulaires. Cela améliore l'écoulement le long de la surface d'écou- lement, ce qui empêche efficacement qu'il se forme des zones mortes et par suite des résidus nocifs. La vis d'extrusion est souvent composée d'éléments individuels juxtaposés, qui sont fixés les uns aux autres. A cet effet, la pointe de la vis peut comporter une queue filetée axiale, dont les dimensions correspondent à celles d'un trou taraudé formé dans l'arbre de la vis. Cela permet de fixer cet élément de la vis sur l'arbre sans élément accessoire. Un exemple nullement limitatif de l'invention va être décrit ci-dessous de manière plus détaillée, en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation longitudinale d'une partie des vis d'une presse d'extrusion à deux arbres, comportant une pointe antérieure; la figure 2 représente la pointe d'une vis à sur- face d'écoulement composée de surfaces partielles planes; la figure 3 est uen vue par dessus, dans le sens de la flèche B, de la pointe représentée sur la figure 2; la figure 4 représente en perspective une autre forme de réalisation de la-pointe de la vis, à surface d'écoulement inclinée sur l'axe de cette pointe,sous un angle constant par rapport à une ligne de cette sur- face restant à la même distance radiale de cet axe. Les vis 2, 3 d'une extrudeuse 1 à deux arbres com- portent chacune des filets hélicoïdaux 4 à double pas, qui balaient le fond des gorges 5, 5' de ces vis ainsi que l'intérieur 6 de leur enveloppe 7. Du côté sortie, cette enveloppe 7 est reliée à une embouchure 8, dans le canal répartiteur 9 de laquelle les vis 2, 3 débou- chent. La filière 10 de l'embouchure sert à extruder le mélange préparé par les vis 2, 3 au profil souhaité. Les pointes 11, 12 disposées à l'extrémité de sortie des gorges respectives 5, 5' de ces vis 2, 3 ont chacune pour rôle de recevoir la matière amenée par ces gorges , 5', de la refouler dans le canal répartiteur 9 et d'en modifier la structure le long du trajet identifié par la flèche 26. Par ailleurs, il faut que cette matière soit fina- lement malaxée. A cet effet, la pointe 11 à périphérie 13 cylindrique, comporte comme le représentent de manière plus détaillée les figures 2 et 3, une surface 14 d'écou- lement, qui est composée de plusieurs surfaces partielles , 16, 17 montant en spirale dans le sens d'avance de la matière. Les surfaces partielles 15, 16 sont limitées par une âme centrale 18, en formant un canal transporteur 19 qui débouche sans être limité latéralement dans la surface partielle 17. L'âme centrale 18 présente, sur sa surface exté- rieure qui limite latéralement les surfaces partielles , 16, une configuration géométrique semi-circulaire et/ou limitée par des courbes concaves. La surface partielle 17 qui fait suite au canal de transport 19 dans le sens de l'avance se termine par une arête radiale 20 par laquelle passe une partie de la matière délivrée. La face frontale 21 de cette arête exerce une action de malaxage. La surface partielle 17 présente, sur son bord cylindrique 13, un biseau 22 qui est complémentaire du contour intérieur conique de l'embouchure 8. D'autres portions de la matière passent déjà sur le bord circulaire 13 des surfaces partielles 15, 16, cette matière y étant malaxée par cisaillement. Elle sort sous la forme d'une bande hélicoïdale mince. La périphérie 13 de la pointe 11 ou 12 balaie, avec un certain jeu radial, la paroi intérieure 6 de l'enveloppe 7 et/ou du canal répartiteur 9. Dans une extrudeuse 1 à deux arbres, comme celle qui est représentée sur la figure 1, comportant des vis 2, 3 qui sont engagées l'une dans l'autre et qui se balaient mutuellement, ce jeu correspond au plus à la moitié de la différence entre le diamètre extérieur d a des vis et le diamètre dk de leur âme (ou de leur noyau) et donc à la profondeur des gorges 5, 5'. Son minimum est limité par le fait que le diamètre extérieur d des s deux pointes 11, 12 correspond, avec un léger jeu de glissement, à l'écartement a des axes de ces pointes 11, 12, déterminé par les vis 2, 3. Dans ce dernier cas, la face d'extrémité 24 de la pointe 11, représentée sur la figure 2 et qui coopère avec les vis 2, 3, comporte un biseau 23, qui forme une transition entre le fond des gorges 5, 5' des vis et la périphérie 13 des pointes 11, 12 représentées sur la figure 1. Dans de nombreux cas, il est avantageux de donner aux surfaces partielles 15, 1, 17 de la pointe 11, selon la figure 2, la configuration d'une surface 27 continue d'écoulement, comme le montre sur la figure 4 une autre forme de réalisation. Cette surface 27 avance hélicoidalement le long du trajet 26 suivi par le produit mais en montant continuellement et sans transition, sous un angle d'inclinaison compris entre 10 et 30 . L'angle d'inclinaison le long d'une ligne imaginaire de la sur- face restant à une distance constante de l'axe de la pointe est avantageusement égal à 15 . Une pointe 11 conformée de cette manière convient avantageusement pour des mélanges fortement abrasifs tels, par exemple, que les polymères fortement chargés de fibres de verre. La surface d'écoulement à pente montante continue, permet aussi à des mélanges relativement très visqueux de s'écouler de manière optimale. Si les vis 2, 3 sont composées d'éléments indivi- duels juxtaposés, une pointe 11,à queue filetée 25 et plats 28, 29 de prise de clé,sert d'élément de serrage en coopération avec un trou taraudé non représenté des vis 2, 3. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifi- cations aux vis d'extrusion représentées et décrites. REVENDICATIONS 1. Vis d'extrusion, destinée à préparer et refouler des mélanges de matières, comportant au moins une gorge cernée par l'enveloppe de cette vis et par un filet héli- coidal, et une pointe cylindrique qui est disposée à l'extrémité de cette gorge, qui débouche dans un canal répartiteur de cette enveloppe et qui présente en avant une surface d'écoulement inclinée sur l'axe de la vis, cette vis étant caractérisée en ce que la surface d'écou- lement est composée de surfaces partielles (15, 16, 17) qui montent hélicoidalement dans le sens du passage de la matière, et dont le bord extérieur ménage un jeu radial avec la paroi de l'enveloppe (7) et/ou du canal réparti- teur (9), les surfaces partielles (15, 16) situées d côté de l'arrivée de la matière étant limitées par une âme centrale (18) qui va jusqu'à l'axe de la pointe et cernant avec elle un canal (19) de passage destiné à recevoir la matière, et la face frontale de cette âme centrale (18), limitée par une arête radiale (20) d'écou- lement, formant la surface partielle (17) située du côté de la sortie de la matière. 2. Vis d'extrusion selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les surfaces partielles.(15, 16, 17) sont sensiblement planes. 3. Vis d'extrusion selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les surfaces partielles (15, 16, 17) forment une surface d'écoulemenit,qui s'élève continuel- lement selon un angle d'inclinaison compris entre 10 et 30 , et égal avantageusement à 150. 4. Vis d'extrusion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'âme centrale (18) présente un profil extérieur limité par des courbes concaves. 5. Vis d'extrusion selon la revendication 4, carac- térisée en ce que le profil de l'ame centrale (18) est semi-circulaire. 6. Vis d'extrusion composée d'un certain nombre d'éléments juxtaposés sur un arbre et fixés les uns aux autres par leurs faces d'extrémité, selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, vis caractérisée en ce que la pointe (11) de cette vis comporte une queue axiale (25) filetée, qui est destinée à la relier coaxia- lement à la vis et dont les dimensions correspondent à celles d'un trou taraudé formé dans cette vis.