Brevet FR2687344A1 — publié le 19930820

"Machine d'extrusion à système d'injection d'additif liquide" On connaît déjà des machines d'extrusion dont le cylindre, à l'intérieur duquel tourne la vis d'extrusion, est pourvu d'un injecteur destiné à introduire, dans le cylindre, un additif liquide. Cet additif liquide, qui est mélangé à la matière plastique par la vis d'extrusion, a pour but d'améliorer les caractéristiques de cette matière plastique et notamment sa résistance mécanique. On a cependant constaté que, dans bien des cas, les résultats obtenus ne sont pas ceux escomptés et que dans d'autres cas la matière plastique extrudée obtenue ne présente pas des caractéristiques constantes. On a alors considéré que ces inconvénients provenaient du fait que l'additif liquide est introduit dans la matière plastique en cours de ramollissement, c'est-à-dire déjà chaude, ce qui entraîne une dénaturation voire une destruction au moins partielle de cet additif liquide avant qu'il ne soit mélangé de manière homogène à la matière plastique ramollie. On constate, en effet, que les inconvénients ci-dessus sont d'autant plus importants que les additifs mis en oeuvre sont sensibles à la chaleur. L'injection d'additif liquide dans le cylindre de l'extrudeuse présente également deux autres inconvénients relatifs à l'obligation d'injecter le liquide à forte pression de façon à vaincre la contre pression de la matière fondue et au risque d'obturation de l'injecteur par la matière plastique fondue qui oblige un arrêt machine et un démontage pour nettoyage. Pour remédier à ces inconvénients on a alors prévu d'injecter l'additif liquide directement dans la matière plastique froide, en général sous forme de granulés, qui doit être travaillée par l'extrudeuse. Dans ce cas, on prévoit une petite tuyauterie d'écoulement de l'additif liquide qui débouche, dans la trémie, au milieu de la masse des granulés de matière plastique à extruder, ou même dans le passage prévu dans la culasse de cette machine et qui relie l'ouverture inférieure de la trémie d'alimentation en granulés à la vis d'extrusion qui se prolonge à l'intérieur de cette culasse. Une telle disposition remédie aux inconvénients des machines précédentes dans la mesure où l'additif se répartit de façon homogène sur tous les granulés en humidifiant leur périphérie. Cet avantage donne cependant naissance à un autre inconvénient car la répartition de l'additif à la périphérie des granulés a pour effet de lubrifier ces granulés si bien que leur prise en charge par la vis d'extrusion lors de la rotation de cette dernière, est moins efficace ce qui se traduit, à chaque tour de vis, par un reflux, au moins partiel, des granulés lubrifiés vers la trémie, par l'intermédiaire du passage d'alimentation réalisé dans la culasse, d'où une diminution de l'alimentation et donc du rendement ainsi qu'un fonctionnement irrégulier de la machine avec tous les inconvénients que cela implique. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne, à cet effet, une machine d'extrusion comportant un cylindre à l'intérieur duquel tourne une vis d'extrusion, ce cylindre étant pourvu, à lune de ses extrémités, d'une buse d'extrusion et à son autre extrémité, d'une culasse à l'intérieur de laquelle tourne l'extrémité amont de la vis, cette culasse présentant une ouverture raccordée à une trémie pour son alimentation en matière plastique, machine caractérisée en ce qu'elle comporte un système d'injection d'additif liquide débouchant dans la culasse entre son ouverture raccordée à la trémie et son extrémité raccordée au cylindre. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'injecteur comprend un corps creux se fixant sur la culasse, un noyau étant disposé à l'intérieur de ce corps pour former entre ce corps et ce noyau un passage d'écoulement de l'additif liquide, ce noyau se prolongeant à l'intérieur du corps de façon que son extrémité soit située à hauteur de l'orifice débouchant dans la culasse. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le noyau et le corps de l'injecteur forment entre eux un passage annulaire. L'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique longitudinale partiellement coupée d'une machine d'extrusion conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe suivant A-A de la figure 1 passant par l'axe de l'injecteur, - les figures 3 et 4 représentent deux autres modes de réalisation de l'injecteur. La présente invention a, en conséquence, pour but la réalisation d'une machine d'extrusion permettant l'introduction d'additif liquide en évitant l'action destructrice de la température et en évitant, également, le reflux des granulés de matière plastique vers la trémie avec tous les inconvénients que cela entraîne. L'invention a également pour but, du fait de la position particulière de l'injecteur de l'additif sur la machine d'extrusion, de permettre un contrôle précis du fonctionnement correct de la machine. La machine représentée sur les dessins cijoints comprend un bâti de support 1 sur lequel est monté le cylindre 2 de la machine et à l'intérieur duquel tourne la vis d'extrusion 3. Ce cylindre 2 est entouré par des colliers chauffants 4 destinés à assurer le ramollissement des granulés de matière plastique travaillés par la vis. L'une des extrémités du cylindre 2 est pourvue d'une buse d'extrusion 5 alors que l'autre extrémité est raccordée, par une bride 2 , à une culasse 6 pourvue d'un passage 7. Ce passage 7 relie l'extrémité inférieure d'une trémie d'alimentation 8 à la vis d'extrusion 3 dont l'extrémité amont se prolonge à l'intérieur de cette culasse. L'intérieur de la culasse 6 est pourvu d'une chemise 9 se disposant dans le prolongement du cylindre 2. La vis 3 de la machine est entraînée en rotation par un ensemble moto-réducteur 10. Conformément à l'invention, la machine d'extrusion comporte un injecteur d'additif liquide 11 qui est disposé, sur la culasse, entre le perçage 7 dans lequel débouche la trémie d'alimentation 8 et l'extrémité aval de cette culasse qui est raccordée à la bride 21. Cette disposition présente de nombreux avantages et tout d'abord on constate que l'injecteur injecte l'additif liquide sur des granulés de matière plastique qui sont déjà en prise entre les filets de la vis ce qui évite le reflux de ces granulés dans le perçage 7 tout en assurant une répartition de cet additif sur tous les granulés. Egalement, du fait de cette disposition de l'injecteur sur la culasse, qui constitue une partie non chauffée de la machine, on évite les effets néfastes de la chaleur sur l'additif avant qu'il soit incorporé ou réparti dans la matière plastique. On notera, également, que cette disposition de l'injecteur sur la culasse, c'est-à-dire dans une zone ou la matière plastique est encore pratiquement sous sa forme initiale de granulés, permet de mettre en oeuvre un injecteur basse pression, ce qui n'est pas le cas si cet injecteur est disposé sur le cylindre 2 de la machine. Egalement en mesurant les variations de pression de l'additif à hauteur de l'injecteur, on contrôle de manière précise le fonctionnement correct de la machine car la mesure des variations de pression de l'additif à hauteur de l'injecteur permet en fait de mesurer les variations de la contre-pression, établie par la matière plastique travaillée, à hauteur de la culasse. Cette mesure de la pression permet également de détecter les défauts d'alimentation de l'additif. L'injecteur 11 se compose (voir figure 2) d'un corps creux 12 à l'intérieur duquel est disposé un noyau 13, ce noyau étant réalisé de manière à former à l'intérieur du corps 12 un espace annulaire 14. Ce noyau 13 est centré dans le corps 12 par un épaulement 121 et est fixé sur ce corps par un bouchon taraudé 15 vissé sur le corps 12. Ce bouchon est relié au noyau 13 par une goupille 16. L'alimentation de cet injecteur en additif est obtenue à partir d'une tuyauterie 17 par l'intermédiaire d'un raccord en "T" 18. Ce raccord, maintenu par un écrou 181, est disposé à hauteur de perçages radiaux 19 réalisés dans le corps de l'injecteur. Des joints d'étanchéité annulaires 20 sont bien entendu prévus de part et d'autre de ces perçages 19 entre le raccord 18 et le corps 12 ainsi qu'éventuellement entre la partie supérieure du noyau 13 et le corps 12. Le corps 12 de l'injecteur est fixé par vissage, en 61, à l'intérieur d'un perçage 62 de la culasse 6, ce perçage 62 débouchant en regard d'une ouverture radiale 21 réalisée dans la chemise 2. Cette ouverture radiale présente une zone élargie, de forme conique 21, disposée en regard du perçage 61 et une zone de section rétrécie, à section cylindrique 212, débouchant à l'intérieur de la culasse 2 en regard de la vis d'extrusion. Le corps 12 de l'injecteur vient s'appliquer de manière étanche, lors de son vissage dans le perçage 61 de la culasse 6, contre la paroi conique 21 alors que le noyau 13 présente un prolongement cylindrique 131, de section rétrécie, qui vient se loger au travers de la zone cylindrique 212 de section rétrécie du perçage 21. La différence de section entre cette extrémité 212 du perçage et ce prolongement 131 du noyau est telle qu'il subsiste entre eux un espace annulaire de faible section suffisant pour permettre l'injection de l'additif liquide à basse pression dans la chemise de la culasse mais insuffisant pour permettre aux granulés ou particules de matière plastique de remonter dans l'injecteur et de l'obturer. De préférence l'extrémité du prolongement 131 affleure sensiblement la surface de la paroi intérieure de la chemise 2. Suivant l'invention, il est également prévu que le noyau 13 est de position réglable à l'intérieur du corps, par exemple par réglage du vissage du bouchon 15, de façon que pour une position de vissage extrême du bouchon 15, l'épaulement de jonction du noyau 13 et de son extrémité 131 vienne s'appliquer contre un siège correspondant de la chemise 9 afin d'obtenir le passage d'écoulement de l'additif, alors que pour des positions de réglage intermédiaires de la position axiale du noyau, on obtient un réglage de la section du passage d'écoulement de l'additif. Cela est obtenu en donnant au noyau 13 et au perçage 21 des formes et dimensions adaptées. On remarquera également que l'injecteur conforme à l'invention peut être nettoyé très rapidement et aisément en cas de cristallisation du liquide d'injection à l'intérieur de cet injecteur puisqu'il suffit de dévisser le bouchon 15 pour extraire le noyau 15 en permettant ainsi le nettoyage de la partie creuse du corps jusqu'à l'orifice de la chemise 2 débouchant en regard de la vis. Conformément à l'invention, il pourra également être prévu de relier le noyau 13 à un organe moteur (non représenté), propre à assurer son déplacement à l'intérieur du corps, de façon à déboucher le canal d'écoulement de l'additif en cas de formation de cristaux. Cet organe moteur pourra, par exemple, être constitué par un petit vérin ou par un électroaimant. Suivant l'exemple de réalisation de la figure 3, le noyau 13 est entraîné en déplacement alternatif par un vérin 22 ou similaire dont l'actionnement est obtenu par un moyen de cadencement réglable, non représenté, déterminant une position basse, représentée en pointillés, pour laquelle le chemin d'écoulement est obturé et une position haute, en traits pleins, pour laquelle le chemin d'écoulement est ouvert. Le réglage de la durée des ouvertures et fermetures permettra alors de doser l'injection de l'additif provenant d'un réservoir tampon 23 de régularisation de pression. Suivant l'exemple de réalisation de la figure 4, le système d'injection d'additif liquide comprend un piston 24 se déplaçant dans un cylindre 25 de la culasse 2. Ce cylindre est alimenté en additif par le réservoir 26 par l'intermédiaire d'une canalisation pourvue d'un clapet anti-retour. L'extrémité inférieure du cylindre est pourvue d'un chemin d'écoulement 27 qui débouche dans un perçage 28 de la culasse 2 et qui comporte un clapet 29 maintenu normalement en position de fermeture par un ressort 30. Dans ce cas, l'injection de l'additif est obtenue par l'actionnement du piston 24 par un vérin 31 ou similaire, qui provoque la descente du piston de façon que l'augmentation de pression qui en résulte assure l'ouverture du clapet 29 et l'écoulement d'une dose déterminée de l'additif. Le réglage de la vitesse et/ou dé la course de déplacement du piston ainsi que le réglage du rythme de ces actionnements, permettra d'effectuer un réglage de ce dosage de l'injection de l'additif. REVENDICATIONS 1") Machine d'extrusion comportant un cylindre (2) à l'intérieur duquel tourne une vis d'extrusion (3), ce cylindre étant pourvu, à l'une de ses extrémités, d'une buse d'extrusion (5) et à son autre extrémité, d'une culasse (6) à l'intérieur de laquelle tourne l'extrémité amont de la vis, cette culasse présentant une ouverture (7) raccordée à une trémie (8) pour son alimentation en matière plastique, machine caractérisée en ce qu'elle comporte un système d'injection d'additif liquide (11) débouchant dans la culasse (6) entre son ouverture (7) raccordée à la trémie (8) et son extrémité raccordée au cylindre (2). 2") Machine conforme à la revendication 1 caractérisée à ce que l'injecteur comprend un corps creux (12) se fixant sur la culasse, un noyau (13) étant disposé à l'intérieur de ce corps pour former entre ce corps et ce noyau un passage (14) d'écoulement de l'additif liquide, ce noyau se prolongeant à l'intérieur du corps de façon que son extrémité soit située à hauteur de l'orifice débouchant dans la culasse. 3") Machine conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que le noyau et le corps de l'injecteur forment entre eux un passage annulaire (14). 4") Machine conforme à l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le noyau (13) est pourvu de moyens (15, 22, 31) permettant le réglage de sa position à l'intérieur du corps. 5") Machine conforme à l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le noyau (13) est disposé en liaison avec un moyen moteur (22, 31) propre à assurer son déplacement dans le corps. 6 ) Machine conforme à l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le noyau (13) est monté de manière amovible à l'intérieur du corps. 7 ) Machine conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (12) de l'injecteur se visse sur la culasse dans un perçage (62) de cette culasse et débouche à hauteur d'un perçage (21) prévu au travers d'une chemise (2) garnissant la paroi interne de la culasse, le noyau (12) se prolongeant par une extrémité (131) à l'intérieur de ce perçage (21) traversant la chemise. 8 ) Machine conforme à l'une quelconque des revendications de 2 à 7, caractérisée en ce que le corps (13) est appliqué de manière étanche contre la chemise (2) à hauteur du perçage qui la traverse. 9 ) Machine conforme à l'une quelconque des revendications de 7 et 8, caractérisée en ce que le perçage (21) traversant la chemise comprend une zone de section élargie (21i) à l'intérieur de laquelle vient se loger de manière étanche l'extrémité du corps (12) de l'injecteur et une zone de section rétrécie (212) à l'intérieur de laquelle se loge le prolongement (131) du noyau (13). 10 ) Machine conforme à la revendication 9, caractérisée en ce que la zone de section élargie (211) est de forme conique, la zone de section rétrécie (212) étant cylindrique. 11") Machine conforme à l'une quelconque des revendications de 7 à 10, caractérisée en ce que le noyau (13) est de forme générale cylindrique et présente un prolongement de section cylindrique rétrécie situé à hauteur de l'orifice (21) débouchant dans la culasse. 12") Machine conforme à l'une quelconque des revendications de 2 à 11, caractérisée en ce que l'extrémité du prolongement du noyau affleure la surface de la paroi interne de la chemise garnissant la culasse. 13 ) Machine conforme à l'une quelconque des revendications de 4 à 12, caractérisée en ce que les moyens de réglage de la position du noyau à l'intérieur du corps comportent une position pour laquelle le noyau (13) obture le passage d'écoulement (21) de l'additif liquide dans la culasse. 14") Machine conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 13, caractérisée en ce que les moyens de réglage de la position du noyau (13) à l'intérieur du corps assurent le réglage de la section du passage d'écoulement de l'additif liquide dans la culasse. 15") Machine conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que le moyen moteur (22, 31) entraîne le noyau en déplacement alternatif. 16 ) Machine conforme à la revendication 15, caractérisée en ce que le déplacement alternatif du noyau par le moyen moteur (22, 31) est commandé par un moyen de cadencement réglable.