Brevet FR2625941A1 — publié le 19890721

L'invention concerne une tête d'extrusion ou de co-extrusion pour des matières propres à être filées en continu comme, par exemple, des matières thermoplastiques. On connaît déjà des têtes de ce genre qui sont utilisables soit pour former directement un produit extrudé tel qu'un tube, soit encore pour appliquer un revêtement en continu autour d'un produit défilant à travers la tête. Ainsi, on peut former un revêtement continu sur un produit, tel qu'un tube métallique, par extrusion d'une seule matière extrudable ou par co-extrusion de plusieurs matières extrudables de viscosités différentes et se travaillant à des températures différentes. L'application d'un revêtement en continu, obtenu à partir d'une ou plusieurs matières extrudables, pose des problèmes particuliers, surtout dans le cas où le revêtement est destiné à des pièces de grandes dimensions,comme par exemple des tubes métalliques d'un diamètre externe supérieur à 50 centimètres. Les têtes d'extrusion utilisées jusqu'à présent pour les pièces de grandes dimensions sont particulièrement encombrantes et nécessitent des moyens particulièrement complexes d'amenée de matière à extruder, des surfaces d'écoulement importantes et. des formes relativement compliquées. Il en résulte qu'il est difficile, avec les têtes d'extrusion ou de co-extrusion connues, de maîtriser parfaitement le flux de la ou des matières à extruder. Il en résulte un autre inconvénient qui provient du fait que la matière de revêtement est soumise à un temps de séjour élevé dans la tête d'extrusion. Ceci est particulièrement défavorable lorsque le revêtement est une matière plastique, car celle-ci subit alors une dégradation d'origine thermique. Par ailleurs, les têtes d'extrusion et de co-extrusion connues ne permettent pas d'effectuer un revêtement simultané de plusieurs matières se travaillant à des températures très différentes, dans le cas où la pièce à revêtir est de grandes dimensions et présente par conséquent une forte inertie thermique. C'est, en conséquence, un but de l'invention, de procurer une tête d'extrusion ou de co-extrusion qui permet d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus. C'est notamment un but de l'invention de procurer une tête d'extrusion ou de co-extrusion utilisable en particulier pour l'application d'un revêtement en continu sur une pièce traversant ladite tête. C'est encore un but de l'invention de procurer une telle tête utilisable pour appliquer des revêtements sur des produits de grandes dimensions, en particulier des tubes métalliques d'un diamètre supérieur à 50 centimètres. La tête d'extrusion ou de co-extrusion en continu selon l'invention comprend, pour l'essentiel, au moins un répartiteur de matière comportant un canal principal relié à une source de matière à extruder et ramifié en une multiplicité de canaux secondaires qui ménagent des orifices de sortie respectifs, disposés proches les uns des autres pour assurer une distribution uniforme de la matière dans un outillage d'extrusion de la tête. On peut ainsi obtenir unes tête de longueur réduite et un transfert sans stagnation de la matière à extruder. La répartition des flux de matière n'est alors plus aléatoire, mais dirigée sur le produit à obtenir, par exemple sur la pièce à revêtir. Bien entendu, cette tête peut être utilisée non seulement pour appliquer un revêtement en continu sur une pièce, mais aussi pour former directement un produit extrudé, comme par exemple un tube. Il est par ailleurs à noter que la faible longueur du répartiteur permet un empilage de plusieurs répartiteurs, alimentés chacun par des matières différentes et régulés séparément en température. La convergence des différentes matières à extruder se fait alors uniquement dans l'outillage final d'extrusion ou de co-extrusion, et cela dans un espace de temps très court. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les orifices de sortie du répartiteur débouchent respectivement sur des zones d'éjection disposées adjacentes les unes aux autres et alimentant l'outillage d'extrusion. Ces zones d'éjection peuvent avoir chacune une forme concave, par exemple semi-circulaire, et être tournées vers l'outil- lage d'extrusion. En variante, ces zones d'éjection sont des canaux hélicoidaux de même pas et décales angulairement entre eux. Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, le canal principal se divise en deux canaux, lesquels se divisent chacun en deux autres canaux et ainsi de suite, suivant une division binaire, pour former plusieurs étages successifs dont les nombres de canaux sont égaux respectivement à des puissances entières successives de deux. De préférence, les canaux sont à directions générales parallèles entre elles et parallèles à la direction d'extrusion, un canal d'un étage alimentant deux canaux d'un autre étage par une ramification s'étendant dans un plan généralement perpendiculaire à la direction d'extrusion. Avantageusement, les étages du répartiteur sont formés par des éléments coaxiaux, tels que des rondelles, manchons ou analogues, empilés dans la direction d'extrusion. Dans ce cas, les canaux sont constitués par des orifices qui traversent l'épaisseur des éléments, tandis que les ramifications sont constituées par des évidements en forme d'arcs de cercle ménagés sur une face externe d'un élément. Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, l'aire de section transversale d'un canal est sensiblement égale à la somme des aires des sections transversales des deux canaux alimentés par ce canal. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue d'extrémité d'un répartiteur de matière, faisant apparaître la disposition des canaux du répartiteur; - la figure 2 est une vue en coupe correspondant à la ligne Il-Il de la figure 1 et montrant l'empilement des éléments constitutifs du répartiteur; - la figure 3 est une représentation schématique d'une vanne de réglage de débit faisant partie du répartiteur; - la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'une tête de co-extrusion comprenant deux répartiteurs de matière et un outillage de co-extrusion conformément à l'invention;et - la figure 5 est une vue partielle de l'outillage d'extru-' sion de la tête de la figure 4. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre un canal principal 10 relié à une source de matière à extruder (non représentée) et débouchant sur une ramification 12 s'étendant sur un arc de cercle d'environ 1804. Le canal 10 alimente, par l'intermédiaire de la- ramification 12, deux canaux secondaires 14-1 et 14-2 diamétralement opposés par rapport à une direction d'extrusion XX et parallèles à cette direction. Le canal 10 a une aire de section transversale S, tandis que chacun des canaux 14-1 et 14-2 a une aire de section transversale égale à S/2. Les canaux 14-1 et 14-2 alimentent respectivement deux ramifications 16-1 et 16-2 ayant chacune la forme d'un arc de cercle s'étendant sur environ 900, les ramifications 16-1 et 16-2 s'étendant dans un plan parallèle à celui de la ramification 12. La ramification 16-1 alimente deux canaux 18-1 et 18-2 et la ramification 16-2 alimente deux canaux 18-3 et 18-4. Les canaux 18-1 à 18-4 ont chacun une section transversale égale à S/4 et s'étendent parallèlement à la direction XX. Ils sont répartis à 900 les uns des autres par rapport à la direction XX. Les canaux 18-1 à 18-4 alimentent respectivement quatre ramifications 20-1 à 20-4 qui s'étendent chacune sur un arc de cercle d'environ 450, ces ramifications étant situées dans un même plan qui s'étend parallèlement à celui; des ramifications 16-1 et 16-2 et parallèlement à celui de la ramification 12. La ramification 20-1 alimente deux canaux 22-1 et 22-2, la ramification 20-2 deux canaux 22-3 et 22-4, la ramification 20-3 deux canaux 22-5 et 22-6 et la ramification 20-4 deux canaux 22-7 et 22-8. Les canaux 22-1 à 22-8 ont chacun une aire de section égale à S/8 et sont disposés coaxialement à la direction XX, étant disposés à 450 les uns par rapport aux autres. Les canaux 22-1 à 22-8 alimentent respectivement huit ramifications 24-1 à 24-8 qui ont chacune la forme d'un arc de cercle s'étendant sur environ 22,50 et s'étendant tous dans un même plan. La ramification 24-1 alimente deux canaux 26-1 et 26-2, la ramification 24-2 deux canaux 26-3 et 26-4, la ramification 24-3 deux canaux 26-5 et 26-6, la ramification 24-4 deux canaux 26-7 et 26-8, la ramification 24-5 deux canaux 26-9 et 26-10, la ramification 24-6 deux canaux 26-11 et 26-12, la ramification 24-7 deux canaux 26-13 et 26-14 et enfin la ramification 24-8 deux canaux 26-15 et 26-16. Les canaux 26-1 à 26-16 ont chacun une aire de section transversale égale à S/16. Ils sont disposés coaxialement les uns par rapport aux autres et répartis équi-angulairement par rapport à la direction de l'axe XX. Les canaux 26-1 à 26-16 ont des orifices de sortie respectifs qui débouchent respectivement sur des zones d'éjection 28-1 à 28-16 qui sont disposées circulairement et adjacentes les unes aux autres pour alimenter un outillage d'extrusion. Dans l'exemple, ces zones d'éjection ont chacune une forme concave, généralement semi-circulaire, et tournée vers la direction XX. Les zones 28-1 à 28-16 débouchent, dans l'exemple, sur une zone annulaire 30 propre à assurer la distribution de la matière pour former soit un produit extrudé, soit un revêtement sur une pièce défilant à l'intérieur de la tête et dans la direction de l'axe XX. On comprend que le canal principal 10 se divise ainsi en deux canaux 14-1 et 14-2, lesquels se divisent en deux autres canaux, et ainsi de suite, suivant une division binaire pour former plusieurs étages successifs dont les nombres de canaux sont égaux respectivement à des puissances entières successives de deux. Dans cette forme de réalisation, les canaux 10, 14-1 et 14-2, 18-1 à 18-4, etc, sont à directions générales parallèles à la direction d'extrusion.En outre, un canal d'un étage alimente deux canaux d'un autre étage par une ramification s'étendant dans un plan généralement perpendiculaire à la direction d'extrusion XX. Les différents étages du répartiteur sont formés par des éléments coaxiaux, tels que des rondelles, empilées dans la direction d'extrusion comme montré à la figure 2. Sur cette figure, on voit cinq rondelles 32, 34, 36, 38 et 40 empilées suivant l'axe XX et ménageant un canal central cylindrique 42 pour permettre le passage d'un tube 44 devant recevoir un revêtement de matière. La rondelle 32 est usinée sur l'une de ses faces pour former un évidement en forme d'arc de cercle correspondant à la ramification 12. Elle comporte par ailleurs un orifice traversant l'épaisseur de la rondelle pour définir le canal 10 et deux autres orifices propres à définir les canaux 14-1 et 14-2. La rondelle 34 est également usinée sur l'une de ses faces pour définir les deux ramifications 16-1 et 16-2. De plus, elle comporte deux orifices propres à définir les canaux 14-1 et 14-2 et quatre orifices propres à définir les canaux 18-1 et 18-2. La rondelle 36 comporte, sur l'une de ses faces, quatre évidements propres à définir les quatre ramifications 20-1 à 20-4, quatre orifices propres à définir les canaux 18-1 à 18-4 et huit orifices propres à définir les canaux 22-1 à 22-8. La rondelle 38 comporte, sur l'une de ses faces, huit évidements propres à définir les huit ramifications 24-1 à 24-8, huit orifices propres à définir les huit canaux 22-1 à 22-8 et seize orifices propres à définir les seize canaux 26-1 à 26-16. La rondelle 40 comporte, sur l'une de ses faces, seize évidements propres à définir les seize zones d'éjection 28-1 à 28-16 en forme d'arc de cercle et seize orifices propres à définir les canaux 26-1 à 26-16. Les zones d'éjection 28-1 à 28-16 sont avantageusement formées chacune par alésage de la face 46 de la rondelle 40 au moyen d'un foret ou analogue disposé suivant une direction YY inclinée par rapport à la direction XX. Dans la forme de réalisation de la figure 2, chacune des cinq rondelles est usinée sur l'une de ses deux faces et ces rondelles sont empilées successivement dans l'ordre correspondant aux étages de distribution. En variante, il est possible de prévoir des rondelles usinées sur leurs deux faces opposées et intercalées avec des rondelles dont les faces ne sont pas usinées. Par ailleurs, l'ordre d'empilement des rondelles constituant le répartiteur n'est pas forcément celui des étages de distribution. On se réfère maintenant à la figure 3 qui montre une vanne de réglage 48 propre à agir sur la distribution de matière par l'une des ramifications 20-1 à 20-4. Il suffit alors de prévoir quatre vannes 48 disposées chacune coaxialement avec les quatre canaux 18-1 à 18-4. Dans l'exemple, la vanne 48 a la forme d'une vis munie d'une tête 50, d'une partie filetée 52 et d'un pointeau d'extrémité 54. La tête 50 est accessible de l'extérieur, la partie filetée 52 traversant successivement la rondelle 40, la rondelle 38 de manière que le pointeau 54 obture plus ou moins la section de la ramification 20 correspondante. On peut ainsi régler, de façon indépendante, le débit de matière sur chacune des quatre ramifications 20-1 à 20-4 et agir sur la distribution de la matière sur quatre secteurs angulaires correspondant chacun à 900. En suralimentant ou sous-alimentant certains secteurs du répartiteur, on obtient la possibilité de corriger le centrage du revêtement appliqué sur le tube 44. Lorsque le tube 44 est déplacé en translation dans le canal 42, dans la direction XX et dans le sens de la flèche F (figure 2), il est revêtu par la matière extrudée qui s'écoule radialement vers l'intérieur comme montré par les flèches G. On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre une tête de co-extrusion comportant deux répartiteurs 56 et 58 permettant d'extruder deux matières différentes dans un même outillage 60 pour assurer un revêtement en deux couches sur un tube défilant à travers cette tête dans la direction d'extrusion XX. L'outillage 60 comprend un poinçon 62 monté de façon amovible à une première extrémité d'un tube cylindrique 64 d'axe X-X, dont l'autre extrémité est pourvue d'une collerette externe 66. Comme montré à la figure 5, le poinçon 62 a une forme effilée et présente un filetage 66 propre à coopérer avec un filetage 68 prévu à l'extrémité. du tube 64. Le poinçon 62 présente un bord avant effilé 70 et un bord arrière 72 propre à venir en butée sur un bord avant 74 d'un mandrin 76 qui entoure le tube 64. Le mandrin 76 présente une première partie annulaire 78 qui se raccorde à une deuxième partie annulaire 80 sur la périphérie de laquelle sont définis huit canaux hélicoidaux 82, de même pas et décalés angulairement entre eux. La partie annulaire 80 se raccorde avec une collerette 84. La collerette 66 du tube 64 comporte des alésages 86 propres à permettre l'introduction de vis de réglage (non représentées) qui, lorsqu'elles sont serrées, assurent un contact étroit, et donc l'étanchéité, entre le bord arrière 72 du poinçon 62 et le bord avant 74 du mandrin 76. Une rondelle 88 faisant partie du répartiteur 56 entoure le mandrin 76 et est appliquée contre une des faces, ou face avant, de la collerette 84. Cette rondelle 88 ménage deux ramifications 90 propres à être alimentées en une première matière à extruder par des moyens (non représentes) traversant la collerette 84. Les deux ramifications 90 alimentent quatre orifices 92 ménagés dans l'épaisseur de la rondelle 88 et formant quatre canaux d'un même étage du distributeur. Ces quatre canaux alimentent quatre ramifications 94 et huit canaux 96, les ramifications 94 et les canaux 96 étant ménagés dans une collerette 98 faisant partie d'une bague 100 munie d'une deuxième collerette 102. Les huit canaux 96 alimentent respectivement les huit canaux hélicoidaux 82 qui permettent de diriger la première matière à extruder en direction de l'outillage 60.Cette matière passe d'abord entre le mandrin 80 et la bague 100 et ensuite entre le mandrin 80 et une bague 104 qui entoure le mandrin et dont l'une des faces vient en butée contre la collerette 102. Ensuite, la matière s'écoule entre le poinçon 62 et une filière 106, cette filière formant également poinçon, comme on le verra plus loin, pour la matière à extruder par l'intermédiaire du répartiteur 58. La bague 104 comporte, sur sa périphérie, un évidement annulaire 108 propre à former une chambre annulaire en coopération avec une bague 110 qui entoure la bague 108. La bague 110 comporte un canal d'entrée 112 et un canal de sortie 114 propres à permettre la circulation d'un fluide, par exemple un fluide de refroidissement, à l'intérieur de la chambre annulaire précitée et d'agir sur la température de la matière extrudée. Sur la face avant de la bague 110 est appliquée une bride 116 qui sert au maintien de la filière 106 en appui sur la face avant de la bague 108. Pour cela, la bride 116 comporte plusieurs orifices traversants propres à recevoir des vis de serrage 118 coopérant avec des alésages 120 que ménage la bague 110. Ainsi, le répartiteur 56 est défini par la collerette 84, la rondelle 88 et la collerette 98. La distribution de la première matière à extruder est assurée par les huit canaux 96 qui débouchent respectivement dans les huit canaux hélicoidaux 82, ces derniers constituant les zones d'éjection au sens de l'invention. On va maintenant décrire les éléments constituant le répartiteur 58. La bague 110 définit, sur sa face avant, un épaulement 122 propre à recevoir une bague 124 formant organe de restriction à l'égard de la deuxième matière à extruder. Autour de la bague 124 est placée une rondelle 126 qui prend également appui sur l'épaulement 122. Sur la face avant de la rondelle 126 s'applique une rondelle 128 qui forme, en combinaison avec la rondelle 126, seize canaux 130 qui débouchent respectivement sur seize zones d'éjection 132. Ces dernières débouchent sur un passage annulaire 134 ménagé entre la filière 106 qui forme également poinçon pour la seconde matière et une filière 136 en forme de bague annulaire. La rondelle 128 définit également, du côté de la bague 126, huit ramifications 138 qui communiquent par huit orifices appropriés (non représentés) avec quatre ramifications 140 situées sur l'autre face de la rondelle 128.Ces ramifications 140 débouchent sur deux canaux courbes 142 ménagés sur l'une des faces d'une autre bague 144, et cela par l'intermédiaire de quatre orifices 146. La face avant de la bague 144 reçoit une bague de fermeture 146. Par ailleurs, une bague 148 située à l'intérieur de la bague 146 permet de maintenir la filière 136. La seconde matière à extruder parvient ainsi aux deux canaux 142 par des orifices appropriés (non représentés) et de là est distribuée par le canal 134 pour former un second revêtement sur le tube passant à travers la tête. On comprendra que le poinçon 62, le poinçon-filière 106 et la filière 136 peuvent être démontés et remplacés par d'autres pièces en fonction des dimensions extérieures de la pièce à revêtir. La tête de co-extrusion décrite en référence à la figure 4 est tout particulièrement utile pour appliquer des revêtements à base de polyoléfine sur des tubes métalliques. Un tel revêtement comprend deux couches successives : d'abord une couche adhésive et ensuite une couche de protection mécanique diélectrique et anticorrosive. Revendications. 1. Tête d'extrusion ou de co-extrusion en continu, caractéri sée en ce qu'elle comprend au moins un répartiteur de matière (56, 58) comportant un canal principal (10) relié à une source de matière å extruder et ramifié en une multiplicité de canaux secondaires qui ménagent des orifices de sortie respectifs disposés proches les uns des autres pour assurer une distribution uniforme de la matière dans un outillage d'extrusion (60) de la tête: 2. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices de sortie débouchent respectivement sur des zones d'éjection (28, 82) disposées -adjacentes les unes aux autres et alimentant l'outillage d'extrusion. 3. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon la revendication 2, caractérisée en ce que les zones d'éjection (28) sont chacune de forme concave, par exemple semi-circulaires, et tournées vers l'outillage d'extrusion. 4. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon la revendication 2, caractérisée en ce que les zones d'éjection sont des canaux hélicoldaux (82) de même. pas et décalés angulairement entre eux. 5. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le canal principal (10) se divise en deux canaux (14-1, 14-2), lesquels se divisent chacun en deux autres canaux (18-1, 18-2; 18-3, 18-4) et ainsi de suite, suivant une division binaire, pour former plusieurs étages successifs dont les nombres de canaux sont égaux respectivement à des puissances entières successives de deux. 6. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon la revendication 5, caractérisée en ce que les canaux sont à directions générales parallèles entre elles et à la direction d'extrusion (XX) et en ce qu'un canal d'un étage alimente deux canaux d'un autre étage par une ramification s'étendant dans un plan généralement perpendiculaire à la direction d'extrusion. 7. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon la revendication 6, caractérisée en ce que les étages du répartiteur sont formés par des éléments coaxiaux (32, 34, 36, 38, 40), tels que des rondelles, manchons ou analogues, empilés dans la direction d'extrusion (XX). 8. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon la revendication 7, caractérisée en ce que les canaux sont constitués par des orifices qui traversent l'épaisseur des éléments, tandis que les ramifications sont constituées par des évidements en forme d'arc de cercle ménagés sur une face externe d'un élément. 9. Tête d'extrusion ou de. co-extrusion selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que l'aire de section transversale d'un canal est sensiblement égale à la somme des aires des sections transversales des deux canaux qu'il alimente. 10. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que, pour la coextrusion de deux matières, elle comprend deux répartiteurs (56, 58) alimentant un outillage de co-extrusion (60). 11. Tête d'extrusion ou de co-extrusion selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que les canaux (18-1, 18-2, 18-3, 18-4) d'un étage comportent chacun une vanne de réglage de débit (48).