Brevet FR2752187A1 — publié le 19980213

DISPOSITIF DE PRODUCTION DE PRODUITS COMPOSITES POUR LA REALISATION DE PROFILES BOIS ET POLYMERES ET LES PROFILES AINSI OBTENUS La présente invention se rapporte au domaine de la mécanique et plus particulièrement à la fabrication de profilés formés de bois et de polymères. Elle a plus précisément pour objet un dispositif de façonnage comportant deux extrudeuses permettant la fabrication de produits composites à base de déchets de bois. Ces produits trouvent des applications dans la fabrication de dés à palettes, moulures de menuiserie, encadrements de fenêtres, et d'une manière plus générale de tous produits à base de déchets de bois. Les deux extrudeuses selon l'invention peuvent aussi servir à préparer des granulés de bois plastiques, de 2 mm à 10 mm de diamètre. Ces granulés, destinés à l'injection, peuvent être moulés comme une matière plastique, d'où l'avantage de pouvoir réaliser toutes sortes de pièces à un prix concurrentiel. Le brevet français (FAYE Richard) n" 2.679.482 décrivait déjà un procédé de fabrication de produits composites à base d'un mélange de déchets de bois et de matières thermoplastiques recyclées dans lequel les composants sont intimement mêlés. Les déchets de bois sont en premier lieu mélangés et compactés avec un agent liant formé de polyoléfines recyclées désagrégées au préalable et présentées sous forme de paillettes que l'on chauffe préalablement à l'introduction à la température de fluidification puis le mélange est soumis à un refroidissement qui permet d'une diffusion et une répartition des polyoléfines dans l'ensemble du volume défini par le produit. Les produits composites sont mis en forme ultérieurement par compression ou par extrusion. Le brevet français (Société GREPP) n" 2.564.374, décrit également un procédé de production par extrusion de profilés massifs à faible reprise d'humidité et à densité variable à base d'un mélange de copeaux de bois et de matières thermoplastiques recyclées, dans lequel on alimente une extrudeuse mono vis à dégazage, munie à son extrémité d'une filière à profilé, tout d'abord dans sa zone d'entrée par les copeaux de bois et ensuite en matière plastique recyclée fondue d'une source extérieure auxiliaire en un point situé avant la zone de dégazage. Le brevet européen (MASTER S.r.l) n" 401.885, décrit un procédé pour la réutilisation de déchets solides comme le bois, papier, caoutchouc naturel ou synthétique..., et/ou de résines thermoplastiques, dans lequel on commence à broyer le matériel à réutiliser (bois, papier...), à ajouter ensuite au matériel broyé, du polyéthylène, ou une autre résine thermoplastique appropriée, dans un pourcentage variant de 20 à 60 %, à additionner des additifs comme des stabilisants, des agents colorants ou lubrifiants..., à mélanger le tout, à fondre le mélange dans une extrudeuse ou par les moyens d'un autre système, à former ensuite les produits finis ou semi-finis par extrusion ou, par moulage, par compression... Ces produits finis sont utilisés pour des usages divers (construction, agriculture...). Ces références mettent en évidence la nécessité d'utiliser des matériaux à faible teneur en humidité. Le dispositif selon l'invention permet d'extruder bois et matières plastiques afin d'obtenir une masse homogène. Le dispositif, en outre permet d'extruder du bois humide contenant jusqu'à 70 % d'humidité, et donc de pouvoir utiliser des déchets de bois en tout genre, encore humides, provenant directement de la scierie et donc inutilisables sans séchage pour tout usage. Le dispositif selon l'invention vise donc à ne plus recourir à un séchoir à bois qui entraîne un séchage long et extrêmement coûteux. Les déchets de matières plastiques sont notamment du chlorure de polyvinyle, du polyéthylène, du polypropylène, de l'acétate de vinyle. Le dispositif selon l'invention est constitué d'une installation de mélange, d'une vis de remplissage assurant le transport du mélange bois/polymères jusqu'à son introduction dans une trémie forceuse à l'extrémité de laquelle est disposée une extrudeuse à deux vis assurant la sortie du composite essoré avant son introduction dans une autre extrudeuse mono vis. La trémie forceuse est donc prolongée par une extrudeuse bis vis assurant l'essorage et le laminage du bois, puis, une extrudeuse mono bis récupérant la matière essorée. Des puits de dégazage permettent aux produits volatils formés au cours de la distillation du bois de s'échapper, une pompe à vide permet d'extraire la vapeur restée dans le bois, et un condenseur permet de transformer la vapeur captée en eau. On trouve également une filière à travers laquelle passe la matière chaude exempte de toute vapeur et de produits volatils, un bac de refroidissement que traverse le matériau composite, une chenille servant à tirer le produit, et enfin, une coupeuse qui assure la section du boudin, issu de 'extrudeuse mono vis, en segments calibrés. L'invention concerne aussi un procédé de production des matériaux composites à l'aide du dispositif selon l'invention. Le procédé de préparation des produits composites et notamment des profilés formés de bois et de polymères consiste en ce que, dans un premier temps, on mélange et on dose les matériaux de base, notamment des déchets de bois humides comme des copeaux et/ou de la sciure de bois, avec des déchets de matière plastique, en ce que l'on transporte le mélange bois/polymères à l'aide de la vis de remplissage, en ce que l'on presse et diminue la densité apparente du mélange de déchets de bois et de matière plastique par l'introduction de ce mélange dans une trémie forceuse, en ce que l'on essore et on lamine le bois par l'introduction du mélange bois/polymères dans une extrudeuse bis vis, en ce que l'on évacue l'eau formée au cours de l'essorage du bois à l'aide d'orifices situés sur l'extrudeuse bis vis, en ce que l'on introduit le matériau composite ainsi essoré dans une extrudeuse mono vis, en ce que l'on chauffe ce matériau dans ladite extrudeuse, en ce que l'on transporte ce matériau dans différentes zones de compression et de décompression de ladite extrudeuse, en ce que l'on extrait les produits volatils formés au cours de la distillation du bois à l'aide de puits de dégazage, en ce que l'on homogénéise le matériau composite ainsi obtenu. Ensuite, le procédé selon l'invention consiste en ce que l'on fait passer le matériau ainsi obtenu à travers une filière, en ce que l'on refroidi le produit composite ainsi obtenu et en ce que l'on étire ce produit avant de le découper. La figure 1 illustre une vue d'ensemble du dispositif selon un mode d'exécution préféré. Le mélangeur (1) est composé d'une cuve de 900 mm de diamètre pour le copeau et la sciure, et d'une cuve de 500 mm de diamètre pour la matière plastique qui se présente sous forme de paillettes. Pour éviter l'effet de voûte, deux bras mélangeurs sont disposés à l'intérieur des deux cuves de façon telle que le plastique et la sciure soient toujours en mouvement. Ce même mélangeur est équipé de deux vis ressort, de diamètre de 60 mm actionnés par des moteurs à variation de vitesse, pour le dosage volumétrique de la sciure et de la matière plastique. Ce dosage de sciure et de matière plastique peut permettre de varier de O à 100 % de sciure, et de 0 à 100 % de matière plastique dans le mélange. La matière ainsi dosée et mélangée, est transportée par la vis (2) d'un diamètre de 80 mm, introduite dans la trémie forceuse (3) qui, elle, est équipée d'un moteur variateur de vitesse, d'une vis sans fin d'un pas allant de 80 à 120 mm et notamment de 100 mm, qui permet de presser et de diminuer la densité apparente de la sciure et de la matière plastique, afin d'alimenter au maximum l'extrudeuse bis vis (4), au besoin en exerçant une pression. L'extrudeuse bis vis (4) est d'un diamètre de 2 fois 120 mm. Elle comporte une vis d'un pas variable de 80 mm sous la trémie, de 60 mm dans la première zone pour atteindre 100 mm dans la dernière zone d'extrusion. Cette extrudeuse (4) permet l'essorage et le laminage du bois. A l'arrière de l'extrudeuse bis vis, deux orifices en forme de demi lune évacuent l'eau séparée par suite de l'essorage du bois. En effet, le bois contient une quantité d'humidité qui s'échelonne de 40 à 70 %. L'extrudeuse (4) est entraînée par un moteur variateur de 80 chevaux, les vis de cette machine sont refroidies par une circulation d'eau. Le fourreau de celle-ci est chauffé par 6 colliers chauffants, d'une puissance de 2000 Watts chacun, et refroidis par des colliers à circulation d'eau. Un tel montage est nécessaire pour contrôler la température au degré près, afin que l'eau extraite du bois par essorage ne soit en aucun cas transformée en vapeur dans le premier étage. La matériau ainsi essoré, est maintenu à une température de 80 degrés, et est poussé vers un orifice de remplissage (non figuré) d'un diamètre allant 80 à 120 mm et notamment de 100 mm, qui se trouve sur l'extrudeuse mono vis (6). Cette dernière, d'un diamètre de vis de 150 mm et d'une puissance de 120 ch, reprend le matériau, le réchauffe à environ 170 degrés dans la première zone dite culasse. Le matériau est transporté par la vis dans la zone n" 1 dite de compression, qui a pour effet de comprimer le matériau. La zone n" 2 dite de décompression a une puissance de chauffe de 2000 Watts, une température de 185 degrés, et, à cet endroit un puits de dégazage (7), de diamètre 125, est relié à une pompe à vide (9) à anneaux liquide, d'une puissance de 10 ch situé à 85 cm de la culasse qui permet en outre d'extraire la vapeur restée dans le bois. Cette vapeur captée passe à l'intérieur d'un condenseur (10) qui transforme la vapeur en eau. Cette machine comporte encore un puits de dégazage (5). Le même matériau passe ensuite en zone n" 3 dite de compression, d'une puissance de chauffe de 4000 Watts, à une température de 190 degrés pour bien mélanger le matériau. Ensuite le matériau passe dans la zone n" 4 dite de décompression, d'une puissance de chauffe de 6000 Watts, où, un nouveau puits de dégazage (8) permet d'extraire complètement la vapeur restante qui s'est dégagée du bois. La zone suivante dite zone métreuse n" 5, d'une puissance de chauffe de 6000 Watts, d'une température de 210 degrés, a pour but d'homogénéïser le matériau à l'aide de picots et de mélangeurs situés sur la vis à 400 mm du bout de 'extrudeuse. Ainsi le matériau chaud mélangé, exempt de toute vapeur, passe à travers une filière (11) où tous les profilés que l'on peut imaginer sont réalisables (rond, carré, triangulaire, plat, etc...). Cette filière est chauffée à 220 degrés, par deux zones de 1000 Watts chacune. Le produit ainsi obtenu est refroidi, guidé dans un bac de refroidissement (12) à aspersion d'eau, d'une longueur de 5 m. A la sortie du bac de refroidissement, un dispositif de tirage formé d'une chenille (13), d'une largeur allant de 100 à 150 mm et notamment de 120 mm, et d'une longueur allant de 1200 à 2000 mm et notamment de 1400 mm, est équipé d'un moteur variateur avec limitateur de couple. Ce dispositif sert à étirer le produit régulièrement, et de ce fait, à calculer les longueurs de coupe enregistrées auparavant, ce qui permet de donner l'ordre de tronçonner à la coupeuse (14). Les deux extrudeuses ainsi que la trémie forceuse, sont contrôlées au niveau vitesse, température, refroidissement, par trois automates programmables. II est également possible d'installer des moules sur un barillet. Ce barillet est alors mis en piace devant la filière, pour le remplissage du moule. Cette opération terminée, le déclenchement du barillet est commandé par la pression de la matière dans la filière. Un autre moule vient se positionner en face de la filière etc... Un tel système a l'avantage d'utiliser la matière chaude, directement en sortie d'extrudeuse et, pendant que l'on remplit un moule, L'autre se refroidit. REVENDICATIONS 1. Un dispositif de production de produits composites formés de bois et de matières plastiques par mélange et extrusion de la masse, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélangeur (1) comportant deux cuves et deux vis, d'une vis de remplissage (2), d'une trémie forceuse (3), d'une extrudeuse bis vis (4), d'une extrudeuse mono vis (6), d'une filière (11), d'une chenille (13) et d'un dispositif de découpe (14). 2. Un dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'extrudeuse bis vis (4) est pourvue de deux orifices d'évacuation. 3. Un dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'extrudeuse bis vis (4) comporte une vis d'un pas variable de 80 mm sous la trémie, de 60 mm dans la première zone et de 100 mm dans la dernière zone d'extrusion. 4. Un dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'extrudeuse bis vis (4) est refroidie par circulation d'eau. 5. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'extrudeuse mono vis (6) comporte un orifice de remplissage d'un diamètre allant de 80 à 120 mm. 6. Un dispositif selon les revendications 1 et 5, dans lequel l'extrudeuse mono vis (6) comporte des puits de dégazage pour les produits volatils. 7. Un dispositif selon les revendications 1, 5 et 6, dans lequel l'extrudeuse mono vis (6) comporte une pompe à vide à anneaux liquide (9). 8. Un dispositif selon les revendications 1, 5, 6 et 7, dans lequel l'extrudeuse mono vis (6) comporte un dispositif de condensation (10). 9. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel le mélangeur (1) est formé d'une cuve pour le bois et d'une cuve pour la matière plastique. 10. Un dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 9, dans lequel le mélangeur (1) comporte deux bras disposés à l'intérieur des cuves et deux vis ressorts actionnées par des moteurs à variation de vitesse. 11. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel la trémie forceuse (3) comporte un moteur variateur de vitesse et une vis sans fin. 12. Un dispositif selon la revendication 11, dans lequel la vis sans fin de la trémie forceuse est d'un pas allant de 80 à 120 mm. 13. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel la filière (11) est prolongée d'un bac de refroidissement (12) à aspersion d'eau. 14. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel la chenille (13) est équipée d'un moteur variateur de vitesse avec limitateur de couple. 15. Un dispositif selon la revendication 1 et la revendication 14, dans lequel la chenille (13) est d'une largeur comprise entre 100 et 150 mm et d'une longueur comprise entre 1200 et 2000 mm. 16. Un procédé de préparation de produits composites formés de bois et de matières plastiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on mélange et dose les déchets de bois humides avec des déchets de matière plastique, on transporte le mélange bois/polymères à l'aide d'une vis de remplissage, on presse et on diminue la densité apparente du mélange de matériaux composites en l'introduisant dans une trémie forceuse, on essore et lamine le bois par l'introduction du mélange bois/polymères dans une extrudeuse bis vis, on évacue l'eau formée au cours de l'essorage du bois, on introduit le matériau essoré dans une extrudeuse mono vis, on réchauffe ce matériau dans ladite extrudeuse, on transporte ce matériau dans différentes zones de l'extrudeuse, on extrait les produits volatils formés à l'aide de puits de dégazage, on homogénéise le matériau composite, puis on passe ce matériau à travers une filière, on refroidit ledit matériau composite, on l'étire et on le découpe. 17. Utilisation du dispositif selon l'une des revendication 1 à 15, en vue de l'utilisation de déchets de bois contenant jusqu'à 70 % d'humidité. 18. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, en vue de l'utilisation de déchets de matières plastiques. 19. Les produits composites à base de déchets de bois et de déchets de matière plastique, obtenus selon le procédé de la revendication 16. 20. Les produits composites et notamment les dés à palettes, les moulures de menuiserie, les encadrements de fenêtres obtenus selon le procédé de la revendication 16.