Brevet FR2671511A1 — publié le 19920717

PROFILE A STRUCTURE ALVEOLAIRE EN RESINE THERMOPLASTIQUE - APPAREILLAGE D'EXTRUSION POUR L'OBTENTION DU PROFILE ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne un profilé à structure al- véolaire en une seule pièce fabriqué en résine thermoplastique. Il est constitué de deux parois extérieures étroitement liées l'une à l'autre par des parois internes, formant la structure alvéolaire, disposées sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du profilé. Plus particulièrement l'invention concerne un profilé à structure alvéolaire en résine thermoplastique constitué de deux parois extérieures liées l'une à l'autre par des parois internes séparées les unes des autres par des vides d'air formant la structure alvéolaire caractérisé en ce que ladite structure al- véolaire est disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du profilé. L'invention concerne également une tête de répartition d'extrudeuse ou tête d'extrusion divisée en trois canaux super- posés pour le passage de la ou des résines thermoplastiques, le canal intermédiaire servant au passage de la matière formant les parois internes Cette tête de répartition possède en sa sortie un moyen permettant de provoquer une variation alternative de pression pour dévier le flux de matière du canal intermédiaire tantôt vers le canal permettant le passage du flux de matière formant la paroi supérieure du profilé, tantôt vers le canal permettant le passage du flux de matière formant la paroi infé- rieure du profilé. Selon l'invention on extrude ou coextrude initialement sen- siblement parallèlement trois paraisons de résine thermoplas- tique Deux paraisons externes, destinées à la formation des pa- rois supérieure et inférieure du profilé alvéolaire final, enca- drent la troisième paraison intermédiaire qui est ensuite dé- viée, dans l'outillage d'extrusion, de façon alternative pour venir se fixer successivement sur la paroi supérieure et sur la paroi inférieure. Bien que l'invention concerne tout type de profilé, elle s'applique particulièrement aux tubes à structure alvéolaire telle que précédemment définie. Les profilés à structure alvéolaire, c'est-à-dire formés de deux surfaces unies l'une à l'autre par des parois internes es- pacées laissant des vides d'air sont connues pour remplacer, avec des propriétés sensiblement équivalentes, les profilés pleins lourds et onéreux du fait de la quantité de matière né- cessaire à la réalisation d'un matériau rigide et robuste. Actuellement les profilés commercialisés à structure alvéolaire en résine thermoplastique sont uniquement constitués de deux parois liées l'une à l'autre par des parois internes, formant cloisons, disposées longitudinalement par rapport à l'axe du profilé Ces profilés à alvéoles longitudinales à section circu- laire ou rectangulaire répondent au critère d'allègement Toute- fois, en particulier dans les cas des tubes, ces profilés génè- rent, dans leurs alvéoles entre les parois, des passages para- sites de fluide auxquels on remédie par des raccords spéciaux ou des dispositifs de jonction particuliers. Les profilés selon l'invention permettent, entre autres, de remédier à ces inconvénients du fait que ces alvéoles sont dipo- sés transversalement, donc étanches, et non plus longitudinale- ment, cela pour des propriétés identiques entre les matériaux. L'appareillage permettant de réaliser de tels profilés est constitué d'une tête d'extrusion chauffée et régulée permettant le passage de trois flux de matière thermoplastique à l'état fondu Ces flux de matière thermoplastique provenant d'au moins une extrudeuse d'alimentation sont disposés sensiblement de fa- çon superposée. Entre ces flux est prévu un moyen de variation de pression tel qu'un canal annexe permettant une circulation d'air ou de gaz ou encore une prise du vide. L'appareillage est également constitué de l'outillage d'extrusion dans lequel convergent les trois flux et o au point de convergence les deux flux externes constituent les surfaces supérieure et inférieure du profilé fini, tandis que le flux in- termédiaire est mis en contact alternativement avec chacune des surfaces. Cette mise en contact du flux intermédiaire avec les deux surfaces permet non seulement de créer les alvéoles mais encore de maintenir l'écartement entre les surfaces supérieure et infé- rieure jusqu'au refroidissement du profilé final La mise en contact alternative du flux intermédiaire avec les deux autres flux est provoquée par une variation de pression alternative provoquée entre le flux intermédiaire et le flux de la surface supérieure d'une part et le flux intermédiaire et le flux infé- rieur d'autre part Cette déviation alternative du flux intermé- diaire peut être provoquée par des envois d'air ou de gaz ou encore des aspirations, dans au moins deux canaux annexes dispo- sés dans la tête d'extrusion, se prolongeant dans la filière et débouchant au point de convergence des flux entre le flux in- termédiaire et le flux de la surface supérieure d'une part et le flux intermédiaire et le flux de la surface inférieure d'autre part. L'explication des Figures annexées permet de mieux com- prendre l'appareillage et le procédé de l'invention, et, d'illustrer les profilés réalisés. La Figure 1 illustre la coupe d'un appareillage permettant de réaliser un panneau à structure alvéolaire dont les parois des alvéoles liant les surfaces supérieure et inférieure dudit panneau sont disposées sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal de ce panneau L'appareillage est constitué de deux éléments fixés l'un à l'autre par des moyens classiques: le tête d'extrusion ( 1) et l'outillage d'extrusion représenté par la filière ( 2) La tête d'extrusion est divisée en trois canaux superposés ( 3)( 4)( 5) débouchant sensiblement au niveau des trois canaux correspondants de la filière Les deux canaux ( 3) et ( 5) servant au passage de la matière constituant les parois supé- rieure et inférieure du panneau et le canal intermédiaire ( 4), servant au passage de la matière pour la fabrication des ner- vures internes ou les parois des alvéoles du panneau, peuvent être réunis en amont au canal d'alimentation ( 6) si l'appareillage est alimenté par une seule extrudeuse. Il n'est cependant pas exclu que, de façon connue, chacun des canaux soit relié individuellement à une extrudeuse dans le cas o le panneau est constitué par exemple de trois matériaux différents et/ou de colorations différentes Il n'est pas exclu non plus que, de façon également connue, seulement deux canaux soient réunis au canal d'alimentation d'une extrudeuse, le troi- sième aboutissant au canal d'alimentation d'une seconde extru- deuse; dans ce cas deux résines thermoplastiques différentes peuvent être utilisées pour réaliser le panneau. Chacun des canaux ( 3) et ( 5) servant au passage de la ma- tière constituant les parois supérieure et inférieure du panneau est séparé du canal intermédiaire ( 4) par un canal annexe ( 7) ( 8), relié à l'extérieur de l'appareillage par une tubulure ( 11) permettant éventuellement un raccordement à un système quelconque de mise sous pression ou dépression Ces canaux an- nexes disposés entre les autres canaux aboutissent dans l'une de leurs extrémités sensiblement au même niveau de sortie que celui desdits autres canaux L'épaisseur de sortie des canaux ( 3) et ( 5) peut être réglée individuellement grâce à des cales mobiles ( 9) et ( 10) agissant sur la section de la buse de sortie de ces canaux en permettant de plus ou moins les fermer, par exemple par déplacement axial ou radial. Le refroidissement et la mise en forme définitive peuvent être assurés au moyen d'un dispositif de calibrage ( 14) clas- sique. La Figure 2 illustre la coupe d'un appareillage permettant de réaliser un tube à structure alvéolaire dont les parois des alvéoles liant les surfaces supérieure et inférieure, ou encore la surface externe du tube et la surface interne du tube, sont disposées sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du tube Cette Figure représente l'aspect préférentiel de l'invention On entend par tube, tout corps creux de section géométrique constante suivant une direction donnée, mais ne pré- sentant pas nécessairement une symétrie de révolution. L'appareillage est constitué de deux éléments fixés l'un à l'autre par des moyens classiques: la tête d'extrusion ( 1) et l'outillage d'extrusion ( 2), lui-même composé de la filière ( 2 a) et du poinçon ( 2 b) La tête d'extrusion est divisée en trois ca- naux annulaires superposés ( 3) ( 4) ( 5) débouchant sensiblement au niveau des trois canaux correspondant de la filière Les deux canaux ( 3) et ( 5) servant au passage de la matière constituant les parois externe et interne du tube et le canal intermédiaire ( 4) servant au passage de la matière pour la fabrication des nervures internes ou les parois des alvéoles du tube peuvent être réunis en amont des trois répartiteurs de flux au canal d'alimentation ( 6) si l'appareillage est alimenté par une seule extrudeuse Il n'est cependant pas exclu que chaque répartiteur de flux des canaux soit relié individuellement de façon connue, à une extrudeuse dans le cas o le tube est constitué par exemple de trois matériaux différents et/ou de colorations dif- férentes Il n'est pas exclu non plus que seulement deux canaux soient réunis, de façon également connue, en amont de leurs ré- partiteurs de flux au canal d'alimentation d'une extrudeuse, le troisième répartiteur de flux du dernier canal étant alimenté par une seconde extrudeuse; dans ce cas les deux résines ther- moplastiques constituant le tube peuvent être différentes Cha- cun des canaux ( 3) et ( 5) servant au passage de la matière constituant les parois interne et externe du tube est séparé du canal intermédiaire ( 4) par un canal annulaire annexe intermé- diaire ( 7)( 8) relié à l'extérieur de l'appareillage par une tu- bulure ( 11) permettant un raccordement éventuel à un système quelconque de mise sous pression ou dépression Ces canaux an- nexes disposés entre les autres canaux aboutissent dans l'une de leurs extrémités sensiblement au même niveau de sortie que celui desdits autres canaux L'épaisseur de sortie des canaux ( 3) et ( 5) peut être réglée individuellement grâce à des cales mobiles ( 9) et ( 10) agissant sur la section de la buse de sortie de ces canaux en permettant de plus ou moins les fermer, par exemple par déplacement axial ou radial. Le répartiteur de flux dans une tête d'extrusion est connu en lui-même Il sert à obtenir un flux de matière constant en sortie de l'outillage Les formes de canaux de répartition ( 3) ( 4) et ( 5) peuvent être fonction des matériaux thermoplas- tiques mis en oeuvre. La Figure 3 illustre en arraché un tube alvéolaire obtenu selon l'invention. Les profilés à structure alvéolaire de l'invention sont ob- tenus par extrusion ou coextrusion d'au moins une matière ther- moplastique A partir d'au moins une extrudeuse la matière ther- moplastique est envoyée dans l'appareillage et le profilé récu- péré en sortie d'outillage d'extrusion dans les conditions habi- tuelles et bien connues d'extrusion ou de coextrusion La carac- téristique du procédé permettant de réaliser un profilé à struc- ture alvéolaire dont les parois internes des alvéoles sont dis- posées sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du profilé réside essentiellement dans le traitement du flux de matière destiné à la formation des parois des alvéoles. Le procédé est caractérisé en ce que, tant que le flux in- termédiaire de matière sortant de la tête d'extrusion se trouve à l'état fondu, entre le flux de matière thermoplastique destiné à former la surface supérieure ou externe et le flux intermé- diaire d'une part et le flux de matière thermoplastique destiné à former la surface inférieure ou interne et le flux intermé- diaire d'autre part, on provoque de façon alternative une varia- tion de pression de façon à créer une ondulation, sensiblement perpendiculaire à l'axe d'extrusion ou de coextrusion de la ma- tière thermoplastique de la veine intermédiaire. Cette ondulation, créée par la variation de pression citée, peut être provoquée par exemple par surpression par injection alternative d'un gaz ou d'air de part et d'autre de la veine intermédiaire, par dépression par création de vide alternatif de part et d'autre de cette même veine, ou encore par une vitesse d'écoulement de la veine intermédiaire supérieure à celle des deux autres. L'importance de cette variation de pression alternative permet d'accentuer ou non l'angle d'inclinaison des parois des alvéoles De même la durée de séquençage entre chaque variation de pression permet de régler le volume des alvéoles. L'importance de la variation de pression dépend de nombreux pa- ramètres en particulier: de l'épaisseur de la veine intermé- diaire, du matériau thermoplastique utilisé, de l'angle désiré d'inclinaison des parois, du volume des alvéoles souhaité. l'homme de métier, en fonction de toutes ces considérations, peut adapter la variation de pression selon ses objectifs Les seules conditions évidentes pour la bonne marche du procédé sont que les variations alternatives de pression d'une part soient suffisantes pour qu'alternativement le flux intermédiaire vienne en contact avec la matière encore à l'état fondu des flux for- mant les deux autres parois du profilé et d'autre part ne soient pas trop violentes afin d'éviter la détérioration du flux inter- médiaire. La mise en contact de la veine ou paraison intermédiaire avec les autres veines ou paraisons peut être assurée par une vitesse d'écoulement du flux intermédiaire supérieure à celle des flux formant les parois interne et externe Cette différence de vitesse entraine une mise en contact de la matière du flux intermédiaire avec celle d'une paroi à laquelle elle se soude. L'excès de matière, dû à la vitesse d'extrusion du flux intermé- diaire, est refoulé vers l'autre paroi à laquelle elle se soude, le phénomène se reproduisant de manière alternative Les varia- tions de pression peuvent dans ce cas être contrôlées ou lais- sées libres, les mouvements de la paroi intermédiaire aspirant les quantités d'air ou de gaz nécessaires pour remplir les al- véoles Il est cependant préférable, afin de maîtriser la fré- quence et la régularisation des alvéoles de contrôler les varia- tions de pression durant l'extrusion ou la coextrusion. Afin de mieux l'expliciter le procédé est décrit en se ré- férant aux Figures 1 et 2, tout en sachant que ces Figures il- lustrent un appareillage alimenté par une seule extrudeuse, mais que le procédé convient tout autant quand l'appareillage est alimenté, après bipassage d'au moins un des canaux ( 3)( 4)( 5), par plus d'une extrudeuse. La matière thermoplastique provenant de 1 'extrudeuse, non représentée, est diffusée dans les canaux ( 3) ( 4) et ( 5) de l'appareillage alimentés par le canal d'alimentation général ( 6) relié à l'extrudeuse. Au plus tard,en sortie de l'outillage chaud, et de façon générale tant que le flux de matière se trouve à l'état fondu, sont créées les ondulations du flux intermédiaire ( 4) par varia- tion alternative de pression dans les zones ( 12) et ( 13) situées entre les flux à leur point de convergence dans l'outillage d'extrusion Cette variation alternative de pression dans ces zones est provoquée par une surpression ou une dépression dans les canaux annexes ( 7) et ( 8), reliés à l'extérieur, au fur et à mesure de l'avancement de l'extrusion du profilé Ces prises extérieures peuvent être reliées à tout moyen permettant de créer dans l'appareillage une pression et/ou une dépression Il n'est en effet pas exclu pour améliorer la formation des parois des alvéoles de créer alternativement à la fois une pression dans un canal intermédiaire et une dépression dans l'autre canal intermédiaire Les moyens extérieurs de provoquer des pression et/ou dépressions alternatives dans l'appareillage sont connus, il peut par exemple s'agir d'électrovannes reliées à une pompe à vide ou à un compresseur Comme il a été déjà expliqué, ces prises extérieures peuvent également être éventuellement lais- sées à l'air libre. L'épaisseur du profilé est déterminée par l'écoulement re- latif des deux parois externe et interne donné par les disposi- tifs de refroidissement du matériau thermoplastique placés à la sortie de l'outillage chaud Par exemple un dispositif de re- froidissement interne classique peut être placé en extrémité du poinçon pour assurer une constance du diamètre intérieur des tubes Le refroidissement de la paroi externe des profilés en général peut être assuré par un dispositif de calibrage réfri- géré classique en extrusion. Le rapprochement relatif des deux parois externe et interne permet de modifier la forme des cloisons des alvéoles comme le montre la Figure 4. R E V E N D I C A T I O N S 1. Profilé à structure alvéolaire en résine thermoplas- tique constitué de deux parois extérieures liées l'une à l'autre par des parois internes séparées les unes des autres par des vides d'air formant la structure alvéolaire caractérisé en ce que ladite structure alvéolaire est disposée sensiblement per- pendiculairement à l'axe longitudinal du profilé. 2. Tube à structure alvéolaire en résine thermoplastique constitué d'une surface interne et d'une surface externe liées l'une à l'autre par des parois internes séparées les unes des autres par des vides d'air formant la structure alvéolaire ca- ractérisé en ce que ladite structure alvéolaire est disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du tube. 3. Tête d'extrusion utilisable dans un appareillage d'extrusion du profilé ou du tube selon l'une des revendications 1 ou 2 divisée en trois canaux sensiblement superposés pour le passage d'au moins une résine thermoplastique, le canal intermé- diaire servant au passage de la matière formant les parois in- ternes du profilé ou du tube caractérisé en ce qu'elle possède en sa sortie un moyen permettant de provoquer une variation al- ternative de pression déviant le flux de matière du canal inter- médiaire tantôt vers le canal permettant le passage du flux for- mant une des parois de surface tantôt vers le canal permettant le passage du flux formant l'autre paroi de surface. 4. Appareillage d'extrusion du profilé ou du tube selon l'une des revendications 1 ou 2 constitué d'une tête d'extrusion ( 1) et d'un outillage d'extrusion ( 2) dont la tête d'extrusion est divisée en trois canaux sensiblement superposés ( 3) ( 4) ( 5) débouchant sensiblement au niveau des trois canaux correspon- dants de l'outillage d'extrusion et à l'opposé étant reliés au canal d'alimentation d'au moins une extrudeuse, deux des canaux ( 3) ( 5) servant au passage de la matière constituant les parois externes du profilé ou les parois externe et interne du tube et un canal intermédiaire ( 4) servant au passage de la matière pour la fabrication des parois des alvéoles caractérisé en ce que chacun des canaux servant au passage de la matière constituant les parois est séparé du canal intermédiaire par un canal annexe ( 7), ( 8) relié à l'extérieur de l'appareillage par une tubulure ( 11) et aboutissant dans l'une de ses extrémités sensiblement au même niveau de sortie que celui desdits canaux servant au pas- sage de la matière constituant les parois. 5. Appareillage selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'outillage d'extrusion est composé d'une filière ( 2 a) et d'un poinçon ( 2 b). 6. Appareillage selon l'une des revendications 4 ou 5 ca- ractérisé en ce que l'épaisseur de sortie des deux canaux exté- rieurs est réglée au moyen de cales mobiles ( 9) ( 10) permettant d'agir sur la section de sortie desdits canaux. 7. Procédé de fabrication de profilé ou de tube d'une des revendications 1 ou 2 par extrusion ou coextrusion au moyen d'au moins une extrudeuse alimentant une tête d'extrusion divisée en trois canaux sensiblement superposés reliés aux trois canaux de l'outillage d'extrusion de façon à former trois paraisons à par- tir de trois flux de matière thermoplastique sensiblement paral- lèles caractérisé en ce que, le flux intermédiaire de matière sortant de la tête d'extrusion étant encore à l'état fondu, on provoque de façon alternative, entre le flux de matière thermo- plastique destinée à former la surface supérieure ou externe et le flux intermédiaire d'une part et le flux de matière thermo- plastique destiné à former la surface inférieure ou interne et le flux intermédiaire d'autre part, une variation de pression de façon à créer une ondulation, sensiblement perpendiculaire à l'axe d'extrusion de la matière thermoplastique de la paraison intermédiaire de façon à venir faire adhérer alternativement cette paraison sur chacune des deux autres. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7 consis- tant à alimenter en matière thermoplastique les trois canaux ( 3)( 4)( 5) de l'appareillage, formé de la tête d'extrusion ( 1) et de l'outillage d'extrusion ( 2), caractérisé en ce que, sont créées des ondulations du flux intermédiaire ( 4) par variation alternative de la pression dans les zones situées entre les flux à leur point de convergence dans l'outillage d'extrusion ( 12)( 13). 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8 caracté- risé en ce que la variation de pression est provoquée en créant il 2671511 alternativement dahs les canaux annexes ( 7) ( 8) de l'appareillage d'extrusion une pression ou une dépresion. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 caracté- risé en ce que la vitesse d'écoulement du flux intermédiaire formant la paraison intermédiaire est supérieure à celle des deux autres flux formant les deux autres paraisons.