Brevet FR2640191A1 — publié le 19900615

L'invention concerne une extrudeuse à une ou deux vis pour le dégazage de matières thermoplastiques très visqueuses présentes sous la forme d'une masse fon- due, notamment de polyméthacrylate, comportant- une ou plusieurs vis pouvant être'entraînées et disposées dans un carter, une ou plusieurs ouvertures de dégazage si- tuées en aval dans le carter et reliées à l'atmosphère ou à un dispositif produisant une dépression. Une extrudeuse de dégazage à deux vis du type indiqué est connue d'après le brevet US 4 423 960 (brevet allemand 30 26 842). Des parties individuelles d'une vis sont emman- chées sur un tirant d'ancrage. Les parties de la vis sont bloquées en rotation à l'aide de clavettes parallèles fixées par vis, insérées dans une rainure du tirant d'ancrage. Dans l'extrudeuse représentée à deux vis, le diamètre intérieur du carter est élargi dans la zone de dégazage de manière à créer un volume libre plus impor- tant et par conséquent de meilleures conditions de déga- zage de la masse fondue de matière plastique. Cet agencement de construction a fourni de bons résultats de dégazage. L'élargissement des alésages lo- geant les vis dans la zone de dégazage est, par ailleurs, une disposition très onéreuse lors de la fabrication des cylindres logeant les vis, étant donné qu'il faut fabri- quer des cylindres particuliers logeant les vis et des parties de vis particulières possédant des diamètres ac- crus, qui diffèrent du diamètre présent.dans la zone d'entrée des extrudeuses. Les zones de dégazage d'une extrudeuse conforme à l'état de la technique possèdent, au-dessous de l'ou- verture de dégazage, qui occupe en soi une surface éten- due du cylindre intérieur, des parties de vis possédant un filetage hélicoïdal. L'opération d'entraînement réali- sée dans une extrudeuse est obtenue au moyen d'une adhé- rence de la masse fondue à la paroi intérieure du cy- lindre, avec un raclage simultané de la masse fondue par le filetage hélicoïdal de la vis en rotation. La puis- sance d'entraînement fournie par le filetage hélicoïdal de la vis, qui repousse devant lui la matière, est d'autant supérieure que le matériau adhère mieux à la pa- roi intérieure du cylindre. Mais étant donné qu'une partie importante de la surface intérieure du cylindre, nécessaire pour l'entraî- nement de la matière, est occupée par la surface de l'ou- verture de dégazage, dans les extrudeuses usuelles de dé- gazage, on peut constater qu'il existe un mauvais entraî- nement de la matière dans la zone de dégazage. La matière reste dans les filets de vis sous la forme d'un écoule- ment en bloc ou laminaire, sans exécuter un déplacement de dégagement lorsque la surface intérieure du cylindre est absente, en raison de la présence de l'ouverture de dégazage. L'invention a pour but de perfectionner une ex- trudeuse à une ou deux vis formant extrudeuse de déga- zage, de manière à pouvoir obtenir ainsi de très bonnes conditions de dégazage, sans entraîner une construction et une fabrication onéreuses de l'extrudeuse. Les résul- tats du dégazage de matières plastiques également diffi- ciles à dégazer, par exemple de matières plastiques très visqueuses, ou même d'élastomères doivent être améliorés. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion grâce au fait qu'au voisinage de l'ouverture deeé- gazage il est prévu, à la place des filets de vis héli- coïdaux, des parties de vis comportant des disques, entre lesquels sont disposées des entretoises circulaires, que le diamètre des disques correspond approximativement au diamètre intérieur d'un alésage du carter, que le dia- mètre des entretoises correspond approximativement au diamètre du noyau des parties de vis dans la zone d'en- trée, que les disques possèdent une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 D, D étant le diamètre de la vis, et que les disques possèdent un profilage sur leur circonférence extérieure tournée vers le cylindre intérieur de l'extrudeuse. Selon une caractéristique de l'invention, les disques et les entretoises d'une vis sont disposées de manière à alterner avec les disques et les entretoises'de la vis voisine, dans la direction de travail de l'extrudeuse à deux vis, et à s'engager entre ces disques et entretoises, de sorte qu'en vis-à-vis d'un disque res- *pectif d'une vis est située une entretoise de la vis voi- sine. Selon une caractéristique de l'invention, le profilage des disques est formé par des rainures semi- circulaires ménagées dans les circonférences extérieures des disques, de manière à s'étendre dans la direction axiale des arbres des vis. Selon une caractéristique de l'invention, le profilage des disques est formé par des rainures obliques qui sont ménagées dans les pourtours extérieurs des disques et possèdent une forme semi-circulaire en coupe transversale. Selon une caractéristique de l'invention, les disques sont réalisés sous la forme de disques circu- laires montés de façon excentrée sur un ou plusieurs ti- rants d'ancrage du ou des arbres de la ou des vis et ba- layant la paroi intérieure des alésages logeant les vis. Selon une caractéristique de l'invention, les disques sont réalisés sous la forme de disques à trois pointes. Selon une caractéristique de l'invention, les disques sont réalisés sous la forme de disques à deux pointes. Le fait de disposer des disques circulaires, par exemple dans des extrudeuses à deux vis, sur des ti- rants d'ancrage au-dessous d'une ouverture de dégazage conduit à un bref séjour de la masse fondue lorsqu'un disque est disposé en étant décalé par rapport au disque du tirant d'ancrage voisin, dans la direction de travail. La masse fondue est entraînée par' l'intermé- diaire des pourtours extérieurs des disques de sorte qu'il se forme de très minces couches de la masse fondue, à partir de laquelle les bulles d'air peuvent être plus facilement retirées par un dispositif d'aspiration ou à dépression. Dans le cas de l'utilisation de l'invention dans des extrudeuses à deux vis, la disposition décalée des disques et des entretoises disposées entre ces disques sur les tirants d'ancrage pe.- met d'obtenir que la masse fondue est entraînée respectivement dans la direc- tion de travail par l'intermédiaire d'un disque en direc- tion de l'espace libre, créé par les entretoises, entre les disques et la paroi intérieure du cylindre. On ob- tient un entraînement approprié de la masse fondue depuis un espace intercalaire libre situé entre les disques en direction de l'espace intercalaire opposé situé entre les disques de la vis voisine. La poursuite de l'entraînement de la masse fondue s'effectue à la manière d'un procédé à pas de pélerin. Cette action d'entraînement appropriée laisse séjourner la masse fondue dans la zone de dégazage de manière à garantir ainsi également un dégazage remar- quable. Grâce au profilage des disques circulaires au niveau de leurs pourtours extérieurs, par exemple à la manière d'une couronne dentée, la masse fondue située dans la zone de dégazage est étalée ou subdivisée sous la forme de couches très minces, ce qui favorise plus encore le dégazage. Le flux de la masse f ondue est à nouveau subdivisé par chaque dent et réarrangé de sorte que les petites bulles de gaz présentes dans la masse fondue sont également subdivisée et le gaz, par exemple des monomères résiduels, peut s'évacuer. En raison de ce réarrangement à multiples couches de la masse fondue et du temps de séjour dans la zone de dégazage, on obtient des résultats remarquables de dégazage notamment dans le cas de matières plastiques et d'élastomères, hautement visqueux, difficiles à déga- zer. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 représente une coupe longitudi- nale d'une extrudeuse à une vis; - la figure 2 représente une vue en plan d'une coupe longitudinale d'une extrudeuse à deux vis; - la figure 3 représente une coupe transversale d'un disque denté, prise suivant la ligne III-III sur-la figure 1; - la figure 3a représente un développement à plat d'un disque conforme à la figure 3, comportant une denture axiale s'étendant parallèlement à l'axe de la vis; - la figure 4 représente une coupe transversale d'un disque, analogue au disque représenté sur la figure 3; - la figure 4a représente un développement- à plat, analogue à celui représenté sur -la figure 4, d'un disque comportant une denture oblique; - la figure 5 représente une coupe transversale prise suivant la ligne V-V sur la figure 2; - les figures 6 et 7 montrent une variante de réalisation des disques, dans la même représentation que sur la figure 5; et - la figure 8 représente des disques excentrés utilisés dans des extrudeuses à deux vis. L'extrudeuse à une vis représentée sur la fi- gure 1 possède une vis 1 située dans un cylindre 2. Une ouverture de remplissage 3 pour la matière à dégazer et une ouverture de dégazage 4 sont ménagées dans le cy- lindre. Au-dessous de l'ouverture de dégazage 4, la vis est équipée de disques 5. Les disques peuvent être fabri- qués par fraisage à partir d'une pièce de forme cylin- drique ou bien peuvent être également des disques indivi- duels 5 montés sur une broche axiale 7 et disposés entre des sections usuelles de la vis. Des entretoises circu- laires 6 sont disposées d'une manière alternée entre les disques 5, sur la broche 7. Les disques peuvent être circulaires ou égale- ment anguleux, comme cela est représenté sur les figures 6-8. Sur la figure 3, on a représenté une coupe transversale d'un disque 5. Dans cette forme de réalisa- tion, le pourtour extérieur 8 du disque possède des rai- nures axiales 9, qui sont représentées sous une forme dé- veloppée à plat sur la figure 3a. Les rainures 9 sont pa- rallèles à l'axe longitudinal des vis. La forme de réalisation des disques 5, repré- sentée sur les figures 4 et 4a, possède un profilage sur leurs pourtours extérieurs 8. L'action d'entraînement produite par les disques 5 est favorisée par les rainures obliques 10. Sur la figure 2, on a représenté une extrudeuse qui comporte les deux vis 11 et 12, qui sont formées par la réunion de parties individuelles de vis non représen- tées de façon détaillée et emmanchées sur des tirants d'ancrage 13 et 14. Sinon, les vis 11 et 12 peuvent être également fabriquées en un matériau cylindrique massif. Des disques 5 sont disposés, en étant alternés avec des entretoises 6, au-dessous de l'ouverture de dégazage 4. Comme le montre la figure 2, des espaces inter- calaires 16 à 22 subsistent respectivement entre les disques 5 et les entretoises 6. La masse fondue devant être dégazée est entraî- née par les parties 12 et 13 des vis par exemple dans l'espace intercalaire 16 et parvient alors dans l'espace intercalaire 17 immédiatement suivant sur le côté opposé, une fois que la masse fondue a été entraînée par l'intermédiaire des pourtours extérieurs 15 des disques et des rainures 9 (figure 5) dans cet espace interca- laire. Lors de la poursuite du déplacement, la masse fondue est entraînée par l'intermédiaire des rainures respectives 9 et des pourtours extérieurs 15 des disques, dans les espaces intercalaires 18 à 22. La masse fondue est par conséquent entraînée en va-et-vient respective- ment par une partie de disque située sur des tirants d'ancrage 14 en direction de l'élément de disque voisin situé sur des tirants- d'ancrage 13-, de sorte que l'on ob- tient des couches très minces de la masse fondue. Des restes de monomères à l'état gazeux ou analogues peuvent être très bien retirés de ces couches. Les disques munis de leurs rainures axiales 9 exercent une action d'entraînement tejle que- la masse fondue est entraînée au-dessous de l'ouverture de déga- zage. La masse fondue est fréquemment réarrangée et-est subdivisée[ ce qui a pour effet de libérer les petites bulles de gaz contenues dans la masse fondue, le gaz étant retiré par l'ouverture de dégazage par un disposi- tif produisant une dépression. L'écoulement en bloc, que l'on constate souvent dans les zones de dégazage conformes à l'état de la tech- nique et qui apparaît entre les filets de vis au-dessous d'une ouverture de dégazage sous l'effet de l'utilisation d'une surface intérieure cylindrique pour l'ouverture de dégazage, c'est-à-dire en raison de la suppression d'une surface intérieure cylindrique, est évité d'une manière efficace. D'une manière étonnante et inattendue, on peut dire que l'on obtient un bon entraînement de la matière grace à la forme de réalisation conforme à l'invention, de la vis dans la zone de dégazage, en dépit du fait que, par suite de la surface en coupe transversale libre de l'ouverture de dégazage, cette surface est perdue pour l'opération d'entraînement. En particulier dans le cas de masses fondues très visqueuses de matières plastiques, on a constaté un accroissement du débit de l'extrudeuse pour des résultats de dégazage simultanément remarquables. Sur les figures 6 à 8, on a représenté d'autres formes de réalisation des disques. Sur les figures 6 et 7, on a représenté ce qu'on appelle des disques 26 à deux pointes ou des disques 27 à trois pointes, qui produisent un raclage l'un sur l'autre et par conséquent produisent un effet d'auto-nettoyage. La masse fondue est laminée sous la forme de fines couches, que l'on peut bien déga- zer. Sur la figure 4, on a représenté des disques circulaires, qui sont cependant montés excentrés sur les broches des vis. Un disque 23 est associé, sur la broche voisine, à une entretoise 24, ce qui fait apparaître des espaces intercalaires 25. - Les espaces intercalaires 25 sont respective- ment décalés les uns par rapport aux autres, d'une maniè- re analogue aux espaces intercalaires 17 à 22 représentés sur la figure 2, ce qui permet d'obtenir un entraînement de la masse fondue dans la direction d'entraînement, tout en produisant simultanément des couches beaucoup plus minces de la masse fondue, pouvant être dégazées d'une manière très efficace. Sur les pourtours extérieurs des disques 26 à deux pointes ou des disques 27 à trois pointes, on peut également ménager des rainures obliques par rapport à l'axe des vis, de manière à accroître éventuellement l'action d'entraînement'de ces disques. Exemple de réalisation On a procédé à une série d'essais de dégazage sur du polycarbonate. Tout d'abord on a utilisé une ex- trudeuse à deux vis, comme cela est décrit dans le brevet US 4 423 960 (brevet allemand 30 26 842) mentionné plus haut, qui fournissait déjà des résultats de dégazage amé- liorés par rapport à des extrudeuses usuelles à deux vis. On a fait fondre le polycarbonate en introdui- sant un pourcentage de-1-5 % de solvant dans une extru- deuse à deux vis. La masse fondue de. polycarbonate pos- sède une viscosité élevée de sorte qu'un dégazage est très difficile. L'étude du polycarbonate, exécutée après le dégazage, a révélé la présence d'encore 2 % du sol- vant, ce que l'on peut considérer comme étant un résultat peu satisfaisant. - Lors d'un essai comparatif effectué avec une extrudeuse à deux vis agencée conformément à la présente invention au-dessous de son ouverture de dégazage, on a également fait fondre un polycarbonate, on l'a dégazé et on l'a ensuite examiné. On a déterminé la présence d'encore seulement 0,05 % du solvant. Cette valeur est proche de la limite de la capacité de détection de -sQl- vants dans des polycarbonates et doit être considérée comme un résultat extrêmement bon. Il faut insister sur le fait qu'on a utilisé une extrudeuse à deux vis, avec un cylindre logeant les vis possédant un diamètre cons- tant sur toute sa longueur. On a fait fonctionner aussi bien l'extrudeuse selon le brevet US 4 423 960 que l'ex- trudeuse utilisée pour le second essai comparatif avec une vitesse de rotation des vis identique, et les vis des deux extrudeuses possédaient le même diamètre dans la zone d'entrée. REVENDICATIONS 1. Extrudeuse à une ou deux vis pour le déga- zage de matières thermoplastiques très visqueuses pré- sentes sous la forme d'une masse fondue, notamment de po- lyméthacrylate, comportant une ou plusieurs vis (7;11,12) pouvant être entraînées et disposées dans un carter (2), une ou plusieurs ouvertures de dégazage (3,4) situées en aval dans le carter et reliées à l'atmosphère ou à un dispositif produisant une dépression, caractérisée en ce qu'au voisinage de l'ouverture de dégazage (4) il est prévu, à la place des filets de vis hélicoïdaux, des par- ties de vis comportant des disques (5), entre lesquels sont disposées des entretoises circulaires (6), que le diamètre des disques (5) correspond approximative- ment au diamètre intérieur d'un alésage du carter, que le diamètre des entretoises (6) correspond approxima- tivement au diamètre du noyau des parties de vis dans la zone d'entrée, que les disques (5) possèdent une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 D, D étant le diamètre de la vis, et que les disques (5) possèdent un profilage (9,10,16) sur leur circonférence extérieure (8,15) tournée vers le cy- lindre intérieur de l'extrudeuse. 2. Extrudeuse à deux vis selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques (5) et les entretoi- ses (6) d'une vis (11) sont disposées de manière à alter- ner avec les disques (5) et les entretoises (6) de la vis voisine (12), dans la direction de travail de l'extru- deuse à deux vis, et à s'engager entre ces disques eten- tretoises, de sorte qu'en vis-à-vis d'un disque respectif (5) d'une vis (11) est située une entretoise (6) de la vis voisine (12). 3. Extrudeuse à une ou deux vis selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que le profilage des disques (5) est formé par des rainures semi-circulaires (9) ménagées dans les circonférences extérieures (8,15) des disques, de manière à s'étendre dans la direction axiale des arbres des vis. 4. Extrudeuse à une ou deux vis selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que le profilage des disques (5) est formé par des rainures obliques (10) qui sont ménagées dans les pourtours extérieurs des disques et possèdent une forme semi-circulaire en coupe transver- sale. 5. Extrudeuse à une ou deux vis selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que les disques (5) sont réalisés sous la forme de disques circulaires (23,25) montés de façon excentrée sur un ou plusieurs tirants d'ancrage (13,14) du ou des arbres de la ou des vis et balayant la paroi intérieure des alésages logeant les vis. 6. Extrudeuse à une ou deux vis selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que les disques sont réa- lisés sous la forme de disques (27) à trois pointes. - 1.7. Extrudeuse à une ou deux vis selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que les disques sont réa- lisés sous la forme de disques (26) à deux pointes.