Brevet FR2789621A1 — publié le 20000818

Dispositif mélangeur sous vide pour la coulée de matériaux plastiques polymérisables. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un dispositif mélangeur pour la coulée de matériaux plastiques à base de produits polymérisables, comprenant: - une chambre de mélange pour la réception des produits de base entrant dans la composition chimique du mélange réactif, - des orifices d'admission ménagés à l'entrée de ladite chambre et coopérant avec des vannes d'admission des produits de base en provenance d'au moins deux cuves de stockage, - un orifice d'échappement agencé à la sortie de ladite chambre pour la coulée du mélange réactif, - et des moyens de commande pour piloter le processus de mélange et de coulée. Etat de la technique Dans les dispositifs mélangeurs à basse pression du genre mentionné, des produits de base préalablement dégazés arrivent dans la chambre de mélange, laquelle contient de l'air ambiant. Lors du brassage des produits dans la chambre de mélange, l'air est emprisonné dans les produits sous forme de bulles de diamètres plus ou moins importants. Pour obtenir un produit compact, il est alors nécessaire d'effectuer une précoulée perdue dans un bac à déchets jusqu'à ce que l'opérateur juge visuellement que le mélange est exempt de bulles. Selon le débit de la machine, la forme du mélangeur et l'expérience de l'opérateur, la perte de matière peut se situer entre 0,5 kg et 5 kg. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif mélangeur perfectionné destiné à supprimer toute précoulée perdue de matériaux plastiques polymérisables et compacts. Le dispositif de l'invention est caractérisé en ce que la chambre de mélange comporte un organe d'obturation destiné à fermer ou à ouvrir l'orifice d'échappement respectivement avant et pendant la coulée du mélange réactif, et un clapet de commande pour la mise sous vide du volume interne de ladite chambre avant l'admission des produits de base, et lorsque l'organe d'obturation est en position fermée. Selon un mode de réalisation préférentiel l'organe d'obturation comprend un clapet anti-retour taré en pression, et s'ouvrant automatiquement dès que la pression interne dépasse un seuil de réglage prédéterminé. Le clapet anti-retour est sollicité en position fermée par des moyens élastiques, et/ou par l'effet de dépression régnant dans la chambre de mélange lors de la mise sous vide. Le clapet de commande est relié à un circuit de purge en liaison avec une pompe à vide ou autre moyen extracteur d'air par dépression. La coulée perdue est supprimée grâce à l'isolement et à la mise sous vide de la chambre de mélange avant l'admission des produits de base. Un tel dispositif réduit les déchets de produits polymérisables, et permet une production unitaire car la première coulée est directement exploitable. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de commande comportent un premier distributeur pour le pilotage des vannes d'admission, et un deuxième distributeur pour l'actionnement du clapet de commande vers l'état ouvert ou fermé, le processus étant réglé pour provoquer d'une part la fermeture des vannes d'admission lorsque le clapet de commande se trouve dans l'état ouvert pour la mise sous vide, et d'autre part l'ouverture desdites vannes après le passage du clapet de commande vers l'état fermé, après l'aspiration complète de 1 0 l'air contenu dans la chambre de mélange. Les actionneurs des premiers et deuxièmes distributeurs peuvent fonctionner par voie pneumatique, ou électrique, ou hydraulique, en fonction du type de vannes ou clapets utilisés dans l'installation de coulée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier distributeur pilote aussi des vannes de dérivation destinées à recycler les produits de base vers les cuves de stockage lors de la fermeture des vannes d'admission, et un clapet de rinçage en liaison avec un circuit de nettoyage à solvant pour nettoyer l'intérieur de la chambre de mélange en fin de cycle de coulée. La mise en ceuvre d'un cycle automatique de mise sous vide permet une traçabilité lorsque le vide est atteint, et supprime de ce fait tout contrôle visuel de l'opérateur au début de la coulée. Le système est applicable à un mélangeur statique ou dynamique basse pression, ainsi qu'à un mélangeur haute pression. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un vue schématique de l'installation de coulée équipée de la chambre de mélange selon l'invention; - la figure 2 montre une vue en coupe de la tête de coulée à mélange statique, - la figure 3 représente une variante de la figure 2 pour une tête de coulée avec une turbine de mélange dynamique. Description d'un mode de réalisation préférentiel En référence aux figures 1 et 2, une installation de coulée 10 de produits synthétiques à base de produits polymérisables, comporte un dispositif de stockage et de dosage 12 des matières de base entrant dans la composition chimique du mélange réactif, et un dispositif mélangeur 14 associé à des moyens 1 5 de coulée pour le remplissage d'un moule de formage. Le dispositif de stockage et de dosage 12 comprend au moins deux cuves de stockage 16, 18 destinées à contenir les matières de base, lesquelles sont portées à une température prédéterminée par des moyens de chauffage (non représentés). Chaque cuve de stockage 16, 18 peut être équipée d'un agitateur , 21 mécanique entraîné en rotation par un moteur 22, 23 pour assurer l'homogénéisation de la température interne, et le brassage des produits de base, notamment en cas d'adjonction d'additifs (plastifiants, pigments, colorants, stabilisateurs, catalyseurs, etc.). L'air inclus dans chaque cuve de stockage 16, 18 lors des phases de préparation et de transfert, est extrait au moyen d'une pompe à vide pour réaliser une opération de dégazage. Le produit de base conditionné dans chaque cuve de stockage 16, 18 est ensuite dosé par une pompe de transfert 24, 26 laquelle est entraînée par un moteur 28, 30 à vitesse fixe ou variable. Une tuyauterie 32, 34 relie chaque pompe de transfert 24, 26 au dispositif mélangeur 14, lequel réceptionne les produits de base selon des proportions et des débits bien définis en fonction de la nature des produits réactifs. Les pompes de transfert 24, 26 peuvent être du type à engrenages, péristaltiques, ou à pistons, et entraînées par des moteurs 28, 30 électriques, pneumatiques ou hydrauliques. Le dispositif mélangeur 14 est conformé en tête de coulée verticale ayant une chambre de mélange 36 équipée à la partie supérieure d'orifices d'admission 38, des produits de base, et à la partie inférieure d'un orifice d'échappement 42 pour la coulée du mélange réactif. Chaque orifice d'admission 38, 40 est branché à la tuyauterie 32, 34 de la pompe de transfert 24, 26 correspondante par l'intermédiaire d'une vanne d'admission 44, 46. Lorsque l'installation 10 n'est pas en phase de coulée, les produits de base peuvent retourner vers les cuves de stockages 16, 18 à travers un circuit de 1 5 recyclage 48, 50, lequel est muni d'au moins une vanne de dérivation 52, 54. Un premier distributeur 56 pilote les différentes vannes d'admission 38, 40 et de dérivation 52, 54, par voie pneumatique. Le fonctionnement en recyclage à l'arrêt de la coulée, est obtenu lors de la fermeture des vannes d'admission 44, 46, et de l'ouverture des vannes de dérivation 52, 54. La commande inverse pour la coulée provoque l'arrêt du recyclage par la fermeture des vannes de dérivation 52, 54, et l'ouverture des vannes d'admission 44, 46. Le premier distributeur 56 commande également un clapet de rinçage 58 associé à la tête de coulée du dispositif mélangeur 14, et destiné à recevoir un solvant pour assurer le nettoyage interne de la chambre de mélange 36 en fin de cycle de coulée. L'agent solvant est contenu dans un récipient 60, et est conduit vers le clapet de rinçage 58 au moyen d'un système de vannes 62. Selon l'invention, la sortie de la chambre de mélange 36 est pourvue d'un organe d'obturation 64 situé avant l'orifice d'échappement 42, et destinée à occuper une position fermée et une position ouverte respectivement avant et pendant la coulée. L'organe de fermeture 64 peut être constitué à titre d'exemple par un clapet anti-retour 66 taré en pression (figure 2) lequel s'ouvre automatiquement dès que la pression du produit mélangé à l'intérieur de la chambre de mélange 36 dépasse le seuil de réglage du clapet anti-retour 66. Avant l'ouverture des vannes d'admission 44, 46, le volume interne de la chambre de mélange 36 est mis sous vide au moyen d'un circuit de purge 68 comprenant un clapet de commande70 relié à la pompe à vide 72 par l'intermédiaire d'une vanne 74. Le clapet de command 70 est accolé à un orifice 76 d'accès à la chambre de mélange 36, et est actionné par un deuxième 1 0 distributeur 78 pneumatique vers l'état fermé ou ouvert. Il est clair que la pompe à vide 70 peut être remplacée par un système éjecteur à Venturi, ou par tout autre moyen extracteur d'air par dépression. 1 5 Le clapet de commande 70 pour la mise sous vide peut être remplacé par l'une des vannes d'admission non utilisée de la chambre de mélange 36 dans le cas d'une tête de coulée équipée d'une pluralité de vannes d'admission. En référence à la figure 2, le dispositif mélangeur 14 comporte une chambre 36 à mélange statique, dans laquelle est représentée une seule vanne d'admission 46, et le clapet de commande 70 du circuit de purge 68. La chambre de mélange 36 tubulaire est dotée d'une série d'ailettes 80 permettant de mélanger les produits en couches parallèles sur la section du tube. La vanne d'admission 40 est logée avantageusement dans un régulateur de pression 82 piloté par le premier distributeur 56. Un embout de coulée 84 est avantageusement monté sur l'orifice d'échappement 42 à la sortie de la chambre de mélange 36. Une canule (non représentée) souple de longueur variable peut être adaptée à l'embout de coulée 84 en fonction de l'emplacement du moule de formage. Dans ce cas, le clapet anti-retour 66 sera installé en bout de la canule, de manière à effectuer le vide sur l'ensemble chambre de mélange 36 et canule. En référence à la figure 3, les produits de base introduits dans la chambre de mélange 36 sont brassés au moyen d'une turbine 86 entraînée à vitesse élevée par un moteur 88 rotatif. La turbine 88 réalise un mélange dynamique basse pression de plusieurs produits. L'opération de coulée selon l'invention s'effectue de la manière suivante 1 0 Le clapet anti-retour 66 se trouve fermé en obturant la sortie de la chambre de mélange 36. Le premier distributeur 56 assure la fermeture des vannes d'admission 44, 46, et l'ouverture des vannes de dérivation permettant le recyclage des produits de base vers les cuves de stockage 16, 18. Le clapet de commande 70 est actionné par le deuxième distributeur 78 vers l'état ouvert pour 1 5 autoriser la mise sous vide de la chambre de mélange 36 par l'intermédiaire de la vanne 74. Le vide dans la chambre de mélange 36 renforce le maintien du clapet anti-retour 66 en position fermée. Après l'aspiration complète de l'air ambiant contenu initialement dans la chambre de mélange 36, il est ensuite possible d'ouvrir les vannes d'admission 44,46 pour le mélange sans air des produits de base dans la tête de coulée. La présence du clapet anti-retour 66 rallonge la durée de mélange des produits de base à l'intérieur de la chambre de mélange 36. La coulée commence après l'ouverture du clapet anti-retour 66 dès que la pression interne dépasse le seuil de réglage. Le clapet anti-retour 66 permet de maintenir le vide avant la première coulée, et produit d'autre part une contre pression lors de la coulée. La mise en oeuvre de ce processus permet de supprimer toute opération de précoulee perdue grâce à l'isolement de la chambre de mélange 36 par la fermeture du clapet anti-retour 66, et la mise sous vide de la tête de coulée avant l'admission des produits de base. La coulée s'effectue alors sans perte de matière. Ce processus est également applicable à une tête de coulée à mélange haute pression, dans laquelle les produits sont poussés dans la chambre de mélange à travers les clapets injecteurs sous une pression comprise entre 100 et 250 bars. Dans les cas des figures 2 et 3, le clapet anti-retour 66 est doté d'un ressort de rappel 90 sollicitant la fermeture du clapet, même en l'absence de vide dans la chambre de mélange 36. Il est clair que le clapet anti-retour 66 peut être remplacé par tout autre organe 1 0 d'obturation, comprenant par exemple une membrane associée à un ressort en fil cambré, un tube élastique, etc. Les distributeurs 56, 78 peuvent également comporter des actionneurs fonctionnant par voie électrique ou hydraulique en fonction du type de vannes ou 1 5 clapets utilisés dans l'installation coulée. Revendications 1. Dispositif mélangeur pour la coulée de matériaux plastiques à base de produits polymérisables, comprenant: - une chambre de mélange (36) pour la réception des produits de base entrant dans la composition chimique du mélange réactif, - des orifices d'admission (38, 40) ménagés à l'entrée de ladite chambre et coopérant avec des vannes d'admission (44, 46) des produits de base en provenance d'au moins deux cuves de stockage (16, 18), - un orifice d'échappement (42) agencé à la sortie de ladite chambre pour la coulée du mélange réactif, - et des moyens de commande pour piloter le processus de mélange et de coulée, caractérisé en ce que la chambre de mélange (36) comporte un organe d'obturation (64) destiné à fermer ou à ouvrir l'orifice d'échappement (42) respectivement avant et pendant la coulée du mélange réactif, et un clapet de commande (70) pour la mise sous vide du volume interne de ladite chambre avant l'admission des produits de base, et lorsque l'organe d'obturation (64) est en position fermée. 2. Dispositif mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (64) comprend un clapet anti-retour (66) taré en pression, et s'ouvrant automatiquement dès que la pression interne dépasse un seuil de réglage prédéterminé. 3. Dispositif mélangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet anti-retour (66) est sollicité en position fermée par des moyens élastiques, et/ou par l'effet de dépression régnant dans la chambre de mélange (36) lors de la mise sous vide. 4. Dispositif mélangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens élastiques du clapet anti-retour (66) comportent un ressort de rappel agissant sur une membrane ou un tube déformable. 5. Dispositif mélangeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le clapet de commande (70) est relié à un circuit de purge (68) en liaison avec une pompe à vide (72) ou autre moyen extracteur d'air par dépression. 6. Dispositif mélangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent un premier distributeur (56) pour le pilotage des vannes d'admission (44, 46), et un deuxième distributeur (78) pour l'actionnement du clapet de commande (70) vers l'état ouvert ou fermé, le processus étant réglé pour provoquer d'une part la fermeture des vannes d'admission (44, 46) lorsque le clapet de commande (70) se trouve dans l'état ouvert pour la mise sous vide, et d'autre part l'ouverture desdites vannes après le passage du clapet de commande (70) vers l'état fermé en fin d'aspiration de l'air contenu dans la chambre de mélange (36). 7. Dispositif mélangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les actionneurs des premiers et deuxièmes distributeurs (56,78) fonctionnent par voie pneumatique, ou électrique, ou hydraulique en fonction du type de vannes ou clapets utilisés dans l'installation de coulée. 8. Dispositif mélangeur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le premier distributeur (56) pilote en plus des vannes de dérivation (52, 54) destinées à recycler les produits de base vers les cuves de stockage (16, 18) lors de la fermeture des vannes d'admission (44, 46), et un clapet de rinçage (58) en liaison avec un circuit de nettoyage à solvant (60, 62) pour nettoyer l'intérieur de la chambre de mélange (36) en fin de cycle de coulée. 9. Dispositif mélangeur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre de mélange (36) est dotée de moyens à ailettes (80) pour assurer un mélange statique des produits de base. 10. Dispositif mélangeur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre de mélange (36) renferme une turbine (86) à axe vertical entraînée par un moteur (88) pour réaliser un mélange dynamique de plusieurs produits de base.