Brevet FR2628676A1 — publié le 19890922

Procédé et machine pour la fabrication de gaines d'isolation pour câbles électriques par extrusion d'une matière thermoplastique non-halogénée. L'invention concerne la fabrication de gaines d'isolation pour câbles électriques, par extrusion d'une matière thermoplastique non halogénée. Les gaines en matière thermoplastique utilisées pour la protection et l'isolation des câbles électriques doivent satisfaire des normes de sécurité de plus en plus rigoureuses en matière de protection contre les incendies et les dégagements gazeux. Jusqu a un passé récent, on a fait appel principalement à des matières thermoplastiques halogénées, notamment au polychlorure de vinyle ou PVC, en raison de leurs bonnes propriétés de retard au feu. Malheureusement, ces matières thermoplastiques ont pour inconvénient de dégager, en cas d'incendie, des fumées toxiques, spécialement du chlore. C'est la raison pour laquelle on utilise maintenant de plus en plus des matières thermoplastiques non-halogénées qui à la fois possèdent de bonnes propriétés de retard au feu et ne sont pas susceptibles de dégager de fumées toxiques. Ces matières thermoplastiques non-halogénées que l'on appelle aussi "non-nuisantes" ou encore "sans halogène" sont habituellement des mélanges à base d'éthylène-vinyle-acrylonitrile (par abréviation EVA), chargés d'un agent retardateur au feu, spécialement le trihydrate d'alumine. Ces matières non-halogénées ont malheureusement pour inconvénient d'être difficiles à extruder dans les machines conven tionnelles, et de surcroît avec des débits très faibles. Il faut, en effet, au cours de l'extrusion, travailler ces matières à basses températures, c'est-à-dire moins de 1601650C, tout en conservant les autres qualités requises du mélange. De plus, il faut éviter des temps de transfert trop longs dans la machine d'extrusion, pour éviter une réticulation prématurée ou une décomposition en cours d'extrusion. Jusqu a présent, 1'extrusion des matières thermoplastiques non-halogénées s'est effectuée dans des machines d'extrusion de type "mono-vis" comprenant un fourreau à l'intérieur duquel est placée une vis de transfert susceptible de transformer, sous l'action de la chaleur, la matière première en un extrudat qui est appliqué autour du câble à gainer ou isoler. Ces extrudeuses "mono-vis" traditionnelles, qui sont utilisées habituellement pour l'extrusion de matières plastiques ou du caoutchouc, se prêtent mal à l'extrusion des matières plastiques non-halogénées. Les performances obtenues sont décevantes : par exemple on obtient un débit de 30 à 50 kilogrammes/heure avec une machine "mono-vis" conventionnelle ayant un diamètre de 90 millimètres. C'est en conséquence un but de l'invention de procurer un procédé et une machine permettant d'améliorer l'extrusion des matières thermoplastiques non-halogénées utilisées pour l'isolation ou le gainage de câbles électriques. C'est aussi un but de l'invention de procurer un procédé et une machine d'extrusion permettant des débits très supérieurs à ceux obtenus dans la technique antérieure. L'invention repose sur la découverte que l'extrusion de telles matières thermoplastiques non-halogénées peut être obtenue par une machine d'extrusion, d'un type en soi connu, à condition d'adapter cette machine et de travailler' dans des conditions bien définies, faute de quoi la matière serait réticulée prématurément ou décomposée dans la machine d'extrusion. L'invention concerne, sous un premier aspect, un procédé de fabrication d'une gaine pour câbles électriques par extrusion d'une matière première thermoplastique non-halogénée. Selon une des caractéristiques essentielles de ce procédé, on réalise cette extrusion dans une machine à deux vis de transfert parallèles pour transformer la matière première, sous l'action de la chaleur, en un extrudat à appliquer sur le câble et on maintient en permanence la température de ltextrudat en dessous d'un seuil susceptible de provoquer une réticulation prématurée ou une décomposition de 1' extrudat. Par ce contrôle de la température, on parvient à maintenir l'extrudat dans un intervalle de température tel qu'il peut être travaillé par les vis de transfert, et cela sans subir de réticulation prématurée ou de décomposition dans la machine. Au surplus, ce procédé permet d'obtenir un débit de production nettement supérieur à celui obtenu, dans des conditions comparables, avec une machine "mono-vis" conventionnelle. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on refroidit l'extrudat sur sensiblement toute la longueur de son trajet dans la machine d'extrusion. De préférence, on dégaze l'extrudat dans une région intermédiaire de son transfert dans la machine d'extrusion. L'invention prévoit également que l'on introduit la matière première dans la machine d'extrusion à un débit réglé asservi au régime de la machine d'extrusion. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on applique l'extrudat sur le câble dans une tête d'extrusion qui est reliée à la sortie de la machine d'extrusion par un canal de transfert de longueur réduite, ce qui permet de minimiser le temps de séjour de l'extrudat dans la machine. Sous un autre aspect, l'invention concerne une machine d'extrusion pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Cette machine comprend, pour l'essentiel, un fourreau cylindrique horizontal équipé de deux vis de transfert horizontales et parallèles, de moyens de chauffage, de moyens d'alimentation en matière première, d'une tête d'extrusion, et de moyens de refroidissement s'étendant sur pratiquement toute la longueur du fourreau. Les moyens d'alimentation en matière première et ira'tête d'extrusion sont prévus respectivement aux deux extrémités du fourreau, tandis que les moyens de refroidissement s'étendent entre ces deux extrémités. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens de refroidissement comportent un premier manchon entourant le fourreau du côté des moyens d'alimentation et propre à permettre la circulation forcée d'un fluide liquide, un deuxième manchon entourant le fourreau du côté de la tête d'extrusion et propre à permettre la circulation' d'air ou d'un fluide liquide de refroidissement, et un troisième manchon entourant le fourreau et situé entre le premier et le deuxième manchon, ce troisième manchon étant propre à permettre la circulation d'air ou d'un fluide liquide de refroidissement. L'invention prévoit également que la machine comprend des moyens de dégazage situés dans une région intermédiaire du fourreau et comportant au moins une prise de vide reliée à une pompe à vide. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'alimentation comprennent une trémie munie d'un distributeur à vis et des moyens pour asservir le régime du distributeur au régime des deux vis de transfert. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention les vis de transfert sont contra-rotatives, c'est-à-dire qu'elles tournent en sens opposé. De préférence, la tête d'extrusion est reliée à la sortie du fourreau par un canal de transfert de longueur réduite, la direction d'extrusion de la tête étant perpendiculaire à la direction longitudinale du fourreau. Toutefois, la direction d'extrusion peut former un-angle quelconque avec la direction longitudinale du fourreau. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexési sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale passant par le plan longitudinal médian d'une machine# d'extrusion selon l'invention; et - la figure 2 est vue en coupe suivant un plan horizontal passant par les axes respectif s des deux vis de transfert de la machine. La machine représentée aux figures 1 et 2 comprend un fourreau 10 supporté horizontalement par un bâti (non représenté) et dans lequel sont logées, de façon classique, deux vis de transfert 12 et 14. Ces deux vis s'étendent horizontalement et parallèlement entre elles sur toute la longueur du fourreau 10 et présentent des filets respectivement 16, 18 imbriqués l'un dans l'autre. Les extrémités respectives 20 et 22 des vis 12 et 14 situées du côté de l'extrémité arriè re 24 du fourreau 10 sont propres à être entraînées en rota tion, à la même vitesse et en sens opposé, par un groupe réducteur-inverseur (non représenté). Les sens de rotation des deux vis sont indiqués par les flèches F1 et F2 sur la figure 2. Les filets 16 et 18 des vis 12 et 14 ont un profil non uni forme, ainsi qu'il sera expliqué plus loin. Les autres ex trémités, respectivement 26 et 28, des vis 12 et 14 sont situées du côté de l'extrémité opposée 30 du fourreau 10. Sur cette extrémité 30 est montée une tête d'extrusion, désignée dans son ensemble par la référence 32, propre à revêtir un câble électrique 34 défilant à l'intérieur de la tête d'extrusion 32, dans une direction générale horizon tale et perpendiculaire à la direction longitudinale du fourreau 10. Les extrémités 26 et 28 des vis 12 et 14 ont une forme géné ralement conique et se poursuivent par des parties cylin driques, respectivement 36 et 38, ces deux parties étant munies chacune de deux couronnes dentées circulaires respec tivement 40 et 42. Les deux vis 12 et 14 sont formées avec des canaux internes de circulation d'un fluide caloporteur qui sont reliés, Sde façon en soi connu, à des moyens d'alimentation et d'éva cuation de ce fluide. Le fourreau 10 est équipé de moyens 44 propres à alimenter le fourreau en matière première. Ces moyens 44 comprennent (figure 1) une trémie 46 qui débouche par un orifice de sortie 48 dans le cylindre horizontal 50 d'un distributeur équipé d'une vis de transfert 52. Cette vis possède une tête d'entraînement 54 propre à être reliée à un organe moteur (non représenté > - pour entraîner cette vis en rotation dans le sens indiqué par la flèche F3. Des moyens sont prévus pour asservir le régime du distributeur, c'est-à-dire la vitesse de rotation de la vis 52, au régime des deux vis de transfert 12 et 14. La matière première introduite dans la trémie 46 est acheminée par la vis 52 jusqu'à un conduit de transfert 56 en forme d'entonnoir qui débouche, par l'intermédiaire d'un orifice de sortie 58, dans le fourreau 10 au voisinage de son extrémité 24. Sensiblement à mi-longueur du-fourreau 10 est prévue une prise de vide 60 qui communique avec l'intérieur du fourreau par des passages 62 et 64 de forme oblongue. Cette prise de vide est raccordée, par l'intermédiaire d'une conduite (non représentée) à une pompe à vide 66, par exemple, du type à anneau liquide et comportant des moyens de réglage de la valeur de la dépression. La pompe à vide 66 permet d'effectuer un dégazage de la matière traitée dans le fourreau. Pour cela, les profils 16 et 18 des vis de transfert sont aménagés de manière à permettre une détente de la matière traitée, et cela dans la région située sensiblement à mi-longueur du fourreau 10. Le fourreau 10 est par ailleurs muni de moyens de refroidissement qui comportent un premier manchon 68 entourant le fourreau 10 du côté des moyens d'alimentation 44, c'est-àdire du côté de l'extrémité 24 dudit fourreau. Le manchon 68 a une forme cylindrique annulaire et possède un orifice d'entrée 70 et un orifice de sortie 72 permettant la circulation forcée d'un fluide de type liquide, par exemple d'eau ou d'huile. Les moyens de refroidissement comportent en outre un second manchon 74 entourant le fourreau 10 du côté de la tête d'extrusion 32, c1est-à-dire du côté de l'extrémité 30 dudit fourreau. Le manchon 74 comporte une paroi interne 76 de forme hélicoïdale propre à permettre un refroidissement intensif du fourreau par circulation d'air suivant un parcours en hélice. Les moyens de refroidissement comprennent en outre un troisième manchon 78 qui entoure le fourreau 10 et qui est situé entre les manchons 68 et 74. Plus particulièrement, ce manchon 78 est situé entre le manchon 68 et la prise d'air 60. Le manchon 78 comprend également une paroi interne 80 de forme hélicoïdale propre à permettre la circulation d'air de refroidissement. Les manchons 74 et 78 sont reliés à des groupes moto-ventilateurs (non représentés) propres à envoyer de l'air de refroidissement à l'intérieur desdits manchons, par l'intermédiaire de raccords 77 et 79. En variante, les manchons 74 et 78 peuvent être des manchons à circulation forcée de fluide, du même type que celui du manchon 68. Cette variante présente notamment l'avantage de pouvoir utiliser ainsi les trois manchons 68, 74 et 78 pour la circulation d'un fluide chaud ce qui permet de chauffer le fourreau 10 de la machine. Il est, en effet, nécessaire de porter le fourreau 10 à la température minimale désirée pour assurer la fusion de la matière dès la mise en route de la machine. il est possible aussi de faire appel à d'autres moyens pour assurer le chauffage du fourreau 10. Ces moyens de chauffage peuvent être constitués par des éléments chauffants, par exemple électriques, qui entourent le fourreau 10 en des endroits appropriés. La tête d'extrusion 32 comprend un fût cylindrique 82 dont l'axe XX, qui définit la direction d'extrusion, s'étend horizontalement et perpendiculairement à la direction générale du fourreau 10. Ce fût 82 est relié à l'extrémité 30 du fourreau 10 par un raccord tronconique 84 qui définit un canal interne 86 débouchant latéralement dans le fût 82. Le fût 82 est muni intérieurement d'un poinçon as qui présente un passage interne 87 pour le câble à revêtir. Le poinçon 85 se termine par une partie tronconique 88 qui débouche dans une chambre 90 au voisinage de la sortie 92 de la tête d'extrusion. Cette chambre est alimentée par un canal courbe 94 qui prolonge le canal 86. La machine telle que représentée aux figures 1 et 2 s'utilise de la manière suivante : on introduit dans la trémie 46 la matière première destinée à être transformée en extrudat par la machine préalablement mise à température. Cette matière première se présente généralement sous la forme d'un mélange de granulés comprenant la matière thermoplastique non-halogénée, par exemple du type -EVA, et une charge appropriée, par exemple du trihydrate d'alumine. Le mélange est amené, par la vis 52, à l'intérieur du fourreau 10 où il est transféré en direction de la tête d'extrusion 32 par les vis de transfert 12 et 14. Comme indiqué plus haut, on asservit le régime de la vis 52 du distributeur à celui des vis de transfert 12 et 14 de manière à bien contrôler le débit de la matière première. Durant son parcours, la matière première se transforme en une masse fondue ou extrudat qui est travaillée par les deux vis et transférée progressivement jusqu'à la sortie du fourreau 10. Les moyens de refroidissement 68, 74 et 78 permettent de contrôler la température de l'extrudat de manière que c;lle- ci reste en permanence inférieure à 160-165 c, ce qui permet d'éviter une réticulation prématurée ou une décomposition en cours d'extrusion. Le profil particulier des vis de transfert 12 et 14 permet d'obtenir, dans la région centrale du fourreau 10, une détente de -la matière traitée, ce qui provoque une émission de gaz qui est soutirée vers l'extérieur grâce à la prise 60 et à la pompe 66. A la sortie du fourreau 10, ltextrudat passe successivement par le canal 86 et par le canal 94 avant de venir entourer le câble 34 qui défile à l'intérieur de la tête d'extrusion 32. Grâce à la conception particulière de cette tête 32, en particulier grâce au fait que les canaux 86 et 94 sont de longueur réduite, on diminue le temps de transit de ltex- trudat dans la machine. Avec la machine telle que représentée aux figures 1 et 2, il est possible d'obtenir des débits nettement supérieurs à ceux obtenus avec les machines du type "mono-vis" pour l'extrusion de matières non-halogénées. Ainsi, pour une double vis d'un diamètre de 90 millimètres, on peut obtenir un débit de l'ordre de 25p kilogrammes/heure de matière non-halogénée. Revendications. 1. Procédé de fabrication d'une gaine pour câble électrique par extrusion d'une matière première thermoplastique nonhalogénée, caractérisé en que l'on réalise cette extrusion dans une machine à deux vis de transfert parallèles (12,14) pour transformer la matière première, sous l'action de la chaleur, en un extrudat à appliquer sur le câble (34), et en ce que l'on maintient en permanence la température de l'extrudat au-dessous d'un seuil susceptible de provoquer une réticulation prématurée ou une décomposition de l'extrudat. 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que l'on refroidit 1'extrudat sur sensiblement toute la longueur de son trajet dans la machine d'extrusion. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dégaze llextrudat dans une région intermédiaire de son trajet dans la machine d'extrusion. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on introduit la matière première dans la machine d'extrusion à un débit réglé, asservi au régime de la machine d'extrusion. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on applique l'extrudat sur le câble (34) dans une tête d'extrusion (32) qui est reliée à la sortie de la machine d'extrusion par un canal de transfert (86) de longueur réduite. 6. Machine d'extrusion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications I à 5, caractérisée en Ce qu'elle comprend un fourreau cylindrique horizontal (10) équipé de deux vis de transfert horizontales et parallèles (12,14), de moyens de chauffage, de moyens d'alimentation (44) en matière première, d'une tête d'extrusion (32) et de moyens de refroidissement (68,74,78) s'étendant sur pratiquement toute la longueur du fourreau (10). 7. Machine d'extrusion selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation (44) en matière première et la tête d'extrusion (32) sont prévus respectivement aux deux extrémités (24,30) du fourreau (10) et en ce que ces moyens de refroidissement s'étendent entre ces deux extrémités. 8. Machine d'extrusion selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comprennent un premier manchon (68) entourant le fourreau (10) du côté des moyens d'alimentation (44) et propre à permettre la circulation forcée d'un fluide liquide, un deuxième manchon (74) entourant le fourreau (10) du côté de la tête d'extrusion (32) et propre à permettre la circulation d'air ou d'un fluide liquide de refroidissement, et un troisième manchon (78) entourant le fourreau (10) et situé entre le premier manchon (68) et le second manchon (74), ce troisieme manchon (78) étant propre à permettre la circulation d'air ou d'un fluide liquide de refroidissement. 9. Machine selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de dégazage situés dans une partie intermédiaire du fourreau (10) et comprenant au moins une prise de vide (60) reliée à une pompe à vide (66). 10. Machine d'extrusion selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation (44} comprennent une trémie (46) munie d'un distributeur à vis (52) et des moyens pour asservir le régime du distributeur au régime des deux vis de transfert (12,14). 11. Machine d'extrusion selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que les vis de transfert (12,14) sont contra-rotatives. 12. Machine d'extrusion selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que la tête d'extrusion (32) est reliée à la sortie du fourreau (10) par un canal de transfert (86) de longueur réduite, la direction d'extrusion de la tête d'extrusion (32) étant perpendiculaire à la direction longitudinale du fourreau (10).