Brevet FR2621272A1 — publié le 19890407

Procédé et machine pour la fabrication d'un produit fini par extrusion à partir d'une matière thermoplastique extru- dable de nature hygroscopique. L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un produit fini par extrusion à partir d'une matière thermo- plastique extrudable de nature hygroscopique, en particulier d'une matière polymère de type styrénique. Elle concerne aussi une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les matières thermoplastiques de ce genre sont très utilisées pour la fabrication de produits finis obtenus par extrusion et se présentant, par exemple, sous la forme de plaques ou de tubes. C'est le cas notamment des terpolymères acrylo- nitrile-butadiène-styrène, encore appelés ABS, qui sont des matières fortement hygroscopiques. Ces matières sont utilisées dans un grand nombre d'industries car elles permet- tent de fabriquer des objets moulés particulièrement résis- tants aux chocs. Comme autres types de matières thermoplastiques de nature hygroscopique, on peut citer notamment celles du type chloré comme le polychlorure de vinyle ou PVC, les polyamides ou encore les polyméthacrylates. On peut citer également des matières moins hygroscopiques comme celles du type oléfinique, notamment le polyéthylène ou le polypropylène, ou bien encore les polyesters. Ces matières thermoplastiques sont fréquemment chargées, le plus souvent par des charges minérales, ce qui accroit encore leur caractère hygroscopique. Jusqu'à présent, pour obtenir un produit fini extrudé à partir d'une matière thermoplastique de ce genre, en par- ticulier à partir d'un terpolymère acrylonitrile-butadiè- ne-styrène, on procède en deux opérations distinctes. Dans une première opération, la matière première à l'état finement divisé, généralement sous forme pulvérulente, telle que produite par l'usine chimique de fabrication, est trans- formée en un produit intermédiaire, encore appelé "compound", qui se présente sous la forme de granulés. Ces derniers peuvent être constitués, par exemple, par des petits cubes ayant quelques millimètres de côté. Pour mettre en oeuvre cette première opération, on utilise une première machine qui assure la transformation de la matière première en une masse fondue qui est ensuite filée à travers une tête d'ex- trusion et refroidie pour former les granulés. Ces derniers sont ensuite emballés dans des sacs et stockés jusqu'à leur utilisation en vue de la deuxième opération. Au cours de cette dernière, les granulés sont transformés en produit fini. Pour cela, on utilise une deuxième machine qui assure la transformation des granulés en une masse fondue qui est travaillée et filée à travers une tête d'extrusion pour former le produit fini. Celui-ci, qui peut se présenter notamment sous la forme d'une plaque, est refroidi à la sortie de la tête d'extrusion. Il peut être ensuite utilisé tel quel ou bien subir d'autres transformations, par exem- ple par thermoformage. Cette fabrication classique en deux opérations est particu- lièrement coûteuse en énergie puisqu'il faut d'abord chauf- fer la matière première dans la première machine pour la transformer en masse fondue, refroidir les granulés en sor- tie de la tête d'extrusion de la première machine, chauffer les granulés dans la deuxième machine pour les transformer en masse fondue et refroidir le produit fini à la sortie de la tête d'extrusion de la deuxième machine. Au surplus, comme les granulés sont eux-mêmes très hygroscopiques, il faut les déshydrater par séchage avant de les introduire dans la deuxième machine, ce qui constitue une dépense d'é- nergie supplémentaire. Cette fabrication classique a aussi pour inconvénient d'en- trainer des temps de production élevés et de nécessiter des stockages intermédiaires. De plus, du fait que la matière subit plusieurs phases de transformation thermique, avec chauffage et refroidissement alternés, il en résulte, dans une certaine mesure, des alté- rations des propriétés de la matière du produit fini. Par ailleurs, du fait de la nature hygroscopique de la ma- tière thermoplastique, il faut assurer, à chaque opération, un dégazage particulier pour permettre notamment d'éliminer la vapeur d'eau. C'est, en conséquence, l'un des buts de l'invention de pro- curer un procédé de fabrication d'un produit fini par extru- sion à partir d'une matière thermoplastique extrudable de caractère hygroscopique, qui permet d'éliminer les incon- vénients ci-dessus. C'est, en particulier, un but de l'invention de procurer un procédé beaucoup moins coûteux en énergie que les procédés connus. C'est aussi un but de l'invention de procurer un procédé qui permet des temps de production courts et qui ne néces- sitent pas de stockage intermédiaire. C'est encore un but de l'invention de procurer un tel pro- cédé qui permet de fabriquer des produits finis ayant des propriétés physiques supérieures aux produits obtenus par les procédés traditionnels. C'est encore un but de l'invention de procurer un tel pro- cédé qui est spécialement applicable à la fabrication de produits finis à partir de terpolymère du type acrylonitri- le-butadiène-styrène. C'est aussi un but de l'invention de procurer une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé de fabrication d'un produit fini par extrusion à partir d'une matière thermoplastique extrudable de carac- tère hygroscopique selon l'invention est caractérisé en ce que l'on utilise comme matière première la matière ther- moplastique à l'état brut et finement divisé et en ce que, au cours d'une seule opération, on transforme la matière première, sous l'action de la chaleur, en une masse fondue et on dégaze et extrude cette masse fondue pour fournir directement le produit fini extrudé à partir de la matière première. Ainsi, conformément à l'invention, la fabrication du produit fini s'effectue en une seule opération à partir de la ma- tière première à l'état brut. Un tel procédé est donc beau- coup moins coûteux en énergie que les procédés convention- nels et permet d'obtenir des coûts de production nettement moins élevés. En outre, les temps de production sont rac- courcis et ne nécessitent pas de stockage intermédiaire. En outre, de façon surprenante, on a constaté que les produits finis obtenus par la mise en oeuvre du procédé de l'invention présentaient des qualités physiques supérieures à celles des produits obtenus par les procédés connus de la technique antérieure. Le procédé de l'invention s'applique aux matières thermo- plastiques extrudables de caractère hygroscopique, notamment aux polymères ou copolymères du type styrènique, oléfinique ou chloré. Elle s'applique tout spécialement aux matières thermoplas- tiques du type terpolymères acrylonitrile-butadiène-sty- rène, encore appelés ABS. Cependant, le procédé de l'invention peut s'appliquer à d'autres matières thermoplastiques hygroscopiques, par exemple aux polyamides, et aux polyméthacrylates, ou a d'autres matières moins hygroscopiques. La matière thermoplastique utilisée comme matière première pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention peut com- prendre soit un seul constituant thermoplastique, soit une composition de plusieurs constituants thermoplastiques. Il peut s'agir d'une matière non chargée ou bien d'une ma- tière chargée, par exemple, par une charge de type minéral. La matière première peut comprendre en outre des adjuvants solides ou liquides, également à l'état finement divisé, par exemple des antioxydants, des lubrifiants, des pigments, des ignifugeants, des agents auto-extinguibles, etc... Sous un autre aspect, l'invention concerne une machine d'ex- trusion pour la mise en oeuvre du procédé, cette machine comprenant, de manière en soi connue, un premier fourreau horizontal muni de moyens d'alimentation en matière pre- mière et de moyens de transfert à vis et un second fourreau horizontal relié au premier fourreau par un canal de trans- fert et muni de moyens de transfert à vis. Une telle machine est caractérisée, conformément à l'invention, par ce fait que le second fourreau comprend des moyens de dégazage de la matière et est équipé d'une tête d'extrusion pour la fabrication directe du produit fini. Une telle machine reprend, par conséquent, des éléments connus faisant partie des machines utilisées jusqu'à pré- sent pour l'extrusion de granulés. Toutefois, conformément à l'invention, le deuxième fourreau est modifié pour per- mettre notamment le dégazage de la matière et aussi l'ex- trusion directe du produit fini. Ces moyens de dégazage sont destinés à permettre l'évacua- tion de différentes vapeurs de la matière, en particulier des vapeurs de monomère volatil. Ces moyens de dégazage comprennent, conformément à l'invention, au moins une prise de vide reliée à une pompe à vide. De préférence, on prévoit plusieurs prises de vide espacées sur la longueur du deuxième fourreau, en aval du canal de transfert, et situées à des emplacements o les moyens de transfert à vis provoquent une détente de la matière traitée dans le fourreau. De cette manière, les vapeurs s'échappent plus facilement de la matière traitée et peuvent être éva- cuées vers l'extérieur. Pour réaliser cette évacuation, on peut utiliser une ou plusieurs pompes à vide, par exemple du type à anneau liquide, avec réglage de la valeur de la dépression. Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit en outre une prise de vide sur le second fourreau, mais en amont du canal de transfert. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'alimentation en matière première du premier fourreau sont équipés d'une unité de pesage-dosage pour la matière première et ses additifs éventuels. De préférence, ces moyens d'alimentation sont équipés d'une unité de pesage-dosage et d'une unité de mélange. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on utilise une machine du type comprenant un premier fourreau muni de deux vis parallèles et un deuxième fourreau muni d'une seule vis, les deux fourreaux étant superposés dans un même plan vertical. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exem- ple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une machi- ne d'extrusion selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle d'une machine analogue à celle de la figure 1, dans laquelle les moyens d'alimenta- tion en matière première du premier fourreau sont équipés d'une unité de pesage-dosage; et -la figure 3 est une vue partielle d'une machine analogue à celle de la figure 1, dans laquelle les moyens d'alimen- tation en matière première du premier fourreau sont équi- pés d'une unité de pesage-dosage et d'une unité de mélange. La structure générale de la machine représentée à la figure 1 s'apparente à celle de la machine d'extrusion selon la Deman- de de Brevet français n 85 08489, déposée le 5 Juin 1985, au nom de la demanderesse. Toutefois, la machine d'extrusion de l'invention comporte des modifications essentielles pour lui permettre d'extruder des produits finis, en une seule opération, à partir de la matière première. La machine de la figure 1 comprend un bâti 10 supportant un moteur électrique 12 à vitesse variable, dont l'arbre de sortie 14 est relié par des moyens de transmission 16 à l'arbre d'entrée 18 d'un groupe réducteurinverseur 20 également supporté par le bâti 10 et à une extrémité duquel est monté un premier fourreau cylindrique 22 horizontal dans lequel sont logées, de façon classique, deux vis hori- zontales parallèles (non représentées) dont les filets sont imbriqués l'un dans l'autre et qui s'étendent sur toute la longueur du fourreau 22. A son extrémité opposée au groupe réducteur 20, le fourreau 22 comprend un chapeau 24 contenant les butées axiales des deux vis parallèles logées dans ce fourreau 22. Les deux vis du fourreau 22 sont en général formées avec des canaux internes de circulation d'un fluide caloporteur, qui sont reliés, à leur extrémité située du côté des butées axiales, à des moyens d'alimentation et d'évacuation de ce fluide, qui sont désignés généralement par la référence 26. Au voisinage de son extrémité opposée au groupe réducteur 20, le fourreau 22 est également équipé d'une trémie 28 d'ali- mentation en matière première. De façon classique, le groupe réducteur 20 permet d'entraî- ner les deux vis logées dans le fourreau 22 à la même vitesse de rotation, mais en sens contraire, pour l'acheminement de la matière dans le sens indiqué par les flèches à l'in- térieur de ce fourreau. Les extrémités des deux vis logées dans le fourreau 22, qui coopèrent avec les pignons du groupe réducteur 20, sont montées mobiles en translation axiale par rapport au pignon de sortie du groupe réducteur 20. La machine comprend un second fourreau cylindrique horizon- tal 30, contenant une seule vis (non représentée) entraînée en rotation par un groupe réducteur 32 lui-même entraîné par un moteur électrique 34 à vitesses variables, ce réduc- teur 32 et ce moteur 34 étant portés également par le bâti 10. Les deux fourreaux 22 et 30 sont superposés verticalement, le second fourreau 30 étant relié à son groupe réducteur d'entraînement 32 du même côté que le premier fourreau 22. Un conduit vertical 36, formant canal de transfert de la matière, relie les deux fourreaux 22 et 30, au voisinage de leurs extrémités fixées sur les groupes réducteurs 20 et 32. Ce conduit vertical 36 a une certaine longueur, les deux fourreaux 22 et 30 ne pouvant être accolés en raison de l'encombrement de leurs groupes réducteurs respectifs 20 et 32. Ce conduit vertical 36 peut être équipé de moyens conven- tionnels d'acheminement de matière, si nécessaire, formant pompe ou accélérateur et qui sont par exemple du type à galets, à cames, à vis ou analogue. Le conduit 36 peut être également équipé de moyens de dégazage de la matière, bien que, normalement, ce dégazage soit assuré exclusivement par le second fourreau 30, comme on le verra plus loin. Le second fourreau 30, au lieu d'avoir sensiblement la même longueur que le premier fourreau comme dans le cas de la machine de la Demande de Brevet français n 85 08489, possède, conformément à l'invention, une longueur nettement supérieure à celle du premier fourreau. Dans l'exemple, la longueur du second fourreau 30 est au moins le double de la longueur du premier fourreau 22 pour les raisons qui seront indiquées plus loin. L'extrémité libre du second fourreau 30, opposée au groupe réducteur 32 est munie d'une tête d'extrusion 38 permettant de fabriquer le produit fini directement, par exemple sous la forme d'une plaque, ou encore sous la forme d'un tube. Le second fourreau 30 comprend, dans l'exemple, deux prises de vide 40 et 42 espacées sur la longueur du fourreau, en aval du canal de transfert 36, et situées à des emplacements o la vis logée dans le fourreau 30 provoque une détente de la matière traitée dans le fourreau. Cette vis possède, en effet, un profil non uniforme de manière à former dans le fourreau des zones o la matière est comprimée et des zones o la matière est détendue, ce qui permet de libérer les vapeurs contenues dans cette matière. La machine de la figure 1 comprend en outre une prise d'air 44 2 6 2 I 2 7 2 située sur le second fourreau 30, mais en amont du canal de transfert 36, par rapport au sens de circulation de la matière, comme montré par les flèches. Les prises de vides 40, 42 et 44 sont raccordées, par l'inter- médiaire de conduites respectives 46, 48 et 50 à une pompe à vide 52 couplée à un moteur électrique 54. Cette pompe à vide est, par exemple, du type à anneau liquide et com- porte des moyens de réglage de la valeur de la dépression. La machine de la figure 1 fonctionne de la façon suivante: la matière première à l'état brut et finement divisée, par exemple sous forme pulvérulente, est introduite dans la trémie 28 et de là dans l'extrémité gauche (sur le dessin) du premier fourreau 22. Elle est acheminée par les deux vis logées dans ce fourreau vers l'extrémité opposée du fourreau, jusqu'au niveau du conduit vertical de transfert 36. Dans le premier fourreau 22 la matière est chauffée et subit un début de gélification pour former une masse fondue. Cette masse fondue circule ensuite dans le canal de transfert 36, soit par gravité, soit sous l'action des moyens d'achemine- ment dont ce canal peut être équipé. Elle pénètre alors dans le second fourreau 30 au voisinage de son extrémité reliée au groupe réducteur 32, puis est déplacée en direc- tion de la tête d'extrusion 38 par la vis logée dans ce second fourreau. Au fur et à mesure de son déplacement dans le second fourreau, la matière est chauffée et débarrassée de ses vapeurs, en particulier de ses monomères volatils, par l'intermédiaire des prises de vide 40, 42 et 44 couplées à la pompe 52. En outre, la matière est travaillée et géli- fiée complètement ce qui permet son extrusion par la tête 38. Comme indiqué plus haut, le second fourreau 30 a une longueur nettement supérieure à celle du premier fourreau 22. Ceci permet non seulement de ménager des zones de dégazage à intervalles espacés le long du fourreau, mais aussi d'obtenir un temps de séjour plus long de la matière à l'intérieur il 2621272 de ce four. De ce fait, cette matière subit un taux de ci- saillement beaucoup plus élevé que si le second fourreau 30 était sensiblement de la même longueur que le premier four- reau 22, comme dans la technique antérieure. Dans la forme de réalisation de la figure 2, les moyens d'alimentation en matière première du premier fourreau 22 sont équipés d'une unité de pesage-dosage 56 qui est dispo- sée au-dessus de la trémie 28. Cette unité 56 comprend trois récipients 58, 60 et 62 de pesage, à fond tronconique, pour la matière première et ses additifs. Les fonds de ces trois récipients débouchent respectivement sur trois conduites 64, 66 et 68 qui débouchent elles-mêmes à l'intérieur de la trémie 28. Grâce à l'unité 56, on peut peser et doser avec précision la matière première proprement dite et deux additifs destinés à être mélangés à cette matière première. Dans le cas o plus de deux additifs doivent être ajoutés, l'unité 56 peut comprendre plus de trois récipients. Dans la forme de réalisation de la figure 3, les moyens d'alimentation en matière première du premier fourreau 22 sont équipés d'une unité de pesage-dosage 56 analogue à celle de la figure 2 et d'une unité de mélange 70. Les con- duits 64, 66 et 68 de l'unité 56 débouchent dans le mélan- geur 72 de l'unité 70. Ce mélangeur est muni d'un tuyau de sortie 74 qui débouche directement au-dessus de la tré- mie 28. Ce mélangeur est entra né par un moteur électri- que 76 aux moyens d'un dispositif de transmission 78. L'utilisation combinée de l'unité de pesage-dosage 56 et de l'unité de mélange 70 est particulièrement avantageuse car elle permet d'assurer un pré-mélange des différents constituants déjà dosés. Les machines conformes aux figures 2 et 3 sont donc particu- lièrement avantageuses non seulement dans le cas o des additifs doivent être ajoutés à la matière première, mais également dans le cas o la matière première peut être cons- 2 6 2 1 2 7 2 tituée elle-même d'une composition de plusieurs constituants. Les machines telles que représentées aux figures 1 à 3 con- viennent particulièrement à la fabrication de produits finis extrudés à partir d'une matière première telle qu'un terpo - lymère acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). Cette matière première est fabriquée dans l'industrie en combinant une résine constituée par un copolymère de styrène et d'acrylonitrile avec un butadiène greffé, ce butadiène pouvant être greffé soit avec de l'acrylonitrile, soit du styrène. Cette matière thermoplastique, disponible dans le commerce, est pulvérulente et se présente sous la forme de poudre, de micro-billes, etc... Cette matière première pulvérulente est donc introduite dans la trémie 28 en même temps que les additifs qui doivent se présenter également sous une forme finement dispersée, par exemple sous forme pulvérulente ou liquide. Grâce au procédé de l'invention, le produit fini qui sort de la tête d'extrusion de la machine possède des proprié- tés physiques particulièrement avantageuses. Ainsi, dans le cas de 1'ABS, on obtient une résistance mécanique élevée, particulièrement aux chocs, par la non propagation des micro- fissures initiées en surface. Ces qualités de résistance aux chocs sont conservées aussi bien à basse température, c'est-à-dire aux environs de 40 C, qu'à température élevée, c'est-à-dire aux environs de 80 à 100 C. A résistance mécanique égale, les produits finis obtenus par le procédé de l'invention peuvent avoir une épaisseur plus faible que les produits finis obtenus par les procédés en deux opérations de la technique antérieure. Bien que l'invention trouve une application particulière à la fabrication de produits finis en acrylonitrile-buta- diène-styrène, elle s'applique également à l'obtention de produits finis à partir d'autres matières thermoplastiques à caractère hygroscopique. De même, la machine décrite précédemment ne constitue qu'un exemple de machine pouvant être utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ainsi, les deux fourreaux, au lieu d'être superposés verticalement, pourraient être disposés l'un a la suite de l'autre ou bien perpendiculai- rement l'un à l'autre, l'essentiel étant que le deuxième fourreau soit modifié pour permettre notamment le dégazage de la matière à traiter. De même, au lieu d'utiliser une seule tête d'extrusion, il est envisageable de prévoir une tête de co-extrusion pour l'obtention de produits stratifiés. Revendications 1. Procédé de fabrication d'un produit fini par extrusion à partir d'une matière thermoplastique extrudable de carac- tère hygroscopique, en particulier d'une matière styréni- que, caractérisé en ce que l'on utilise comme matière pre- mière la matière thermoplastique à l'état brut et finement divisée et en ce que, au cours d'une seule opération, on transforme la matière première, sous l'action de la chaleur, en une masse fondue et on dégaze et extrude cette masse fondue pour fournir directement le produit fini extrudé à partir de la matière première. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est un polymère ou copolymère du type styrènique, oléfinique ou chloré. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que la matière thermoplastique est un terpolymère acrylonitrile-butadiène-styrène ou ABS. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que la matière thermoplastique est chargée, par exemple par une charge minérale. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que la matière thermoplastique comprend un seul constituant thermoplastique. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que la matière thermoplastique est une composi- tion de plusieurs constituants thermoplastiques. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que la matière première comprend en outre des adjuvants solides ou liquides, à l'état finement divisé, par exemple des antioxydants, des lubrifiants, des pigments, des ignifugeants ou des agents auto-extinguibles. 8. Machine d'extrusion pour la mise en oeuvre du procédé - selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant un premier fourreau horizontal (22) muni de moyens d'alimentation (28) en matière première et de moyens de transfert à vis et un second fourreau horizontal (30) relié au premier fourreau par un canal de transfert (36) et muni de moyens de trans- fert à vis, caractérisé en ce que le second fourreau (30) comprend des moyens de dégazage de la matière (40, 42, 44, 52) et est équipé d'une tête d'extrusion (38) pour l'obtention directe du produit fini. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de dégazage comprennent au moins une prise de vide (40, 42, 44) reliée à une pompe à vide (52). 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs prises de vide (40, 42) espacées sur la longueur du second fourreau (30), en aval du canal de transfert (36), et situées à des emplacements o les moyens de transfert à vis provoquent une détente de la ma- tière traitée dans le fourreau. 11. Machine selon l'une des revendications 8 et 9, carac- térisée en ce qu'elle comprend en outre une prise de vide (44) située sur le second fourreau (30) en amont du canal de transfert (36). 12. Machine selon l'une des revendications 8 à 11, carac- térisée en ce que les moyens d'alimentation (28) en matière première du premier fourreau (22) sont équipés d'une unité de pesage-dosage (56). 13. Machine selon l'une des revendications 8 à 11, carac- térisée en ce que les moyens d'alimentation (28) en matière première du premier fourreau (22) sont équipés d'une unité de pesage-dosage (56) et d'une unité de mélange (70). 14. Machine selon l'une des revendications 8 à 13, carac- térisée en ce que le premier fourreau (22) est équipé de deux vis parallèles et en ce que le deuxième fourreau (30) est équipé d'une seule vis, les deux fourreaux (22 et 30) étant verticalement superposés. 15. Machine selon l'une des revendications 8 à 14, carac- térisée en ce que la longueur du deuxième fourreau (30) est au moins le double de celle du premier fourreau (22).