Brevet FR2819446A1 — publié le 20020719

EXTRUDEUSE DEGAZEUSE A CAOUTCHOUC La présente invention concerne une extrudeuse dégazeuse à caoutchouc, comportant un fourreau dans lequel est logée une vis d'extrusion entraînée en rotation autour de son axe par un moteur réducteur, un orifice d'introduction de la matière première, des moyens de chauffage et de régulation de la température de cette matière, et une tête d'extrusion de la matière transformée dans l'extrudeuse, montée à une extrémité du fourreau. Les extrudeuses à caoutchouc sont utilisées pour réaliser un profilé dont la forme et les dimensions sont définies par une filière qui équipe la tête d'extrusion, à partir d'une matière brute qui est un élastomère naturel ou un élastomère de synthèse. Les profilés sont soumis à une opération appelée vulcanisation qui s'effectue habituellement à pression atmosphérique et par traitement thermique, par exemple par cuisson aux UHF (ultra hautes fréquences), dans des bains de sels ou sur lit fluidisé etc.. En raison de ce traitement thermique, il est indispensable de dégazer la matière première dans l'extrudeuse. Sous l'effet de l'élévation de la température au cours de la vulcanisation, les gaz résiduels inclus dans la matière ont tendance à s'expanser et provoquent des renflements inacceptables sur le produit fini. L'opération de dégazage s'effectue sur une extrudeuse dégazeuse pendant la transformation de la matière. Cette transformation s'effectue dans l'extrudeuse qui malaxe la matière première se présentant initialement sous la forme de granulés ou de bandes pour en faire une matière pâteuse homogène, sous l'effet de la chaleur générée par les moyens de chauffage liés au fourreau, de la compression et du cisaillement induits par la rotation de la vis. La tête d'extrusion est en fait un moule équipé à sa sortie d'une filière amovible et interchangeable qui donne sa forme au profilé extrudé. Les extrudeuses connues sont constituées de deux parties appelées étages de taillage qui comportent une vis monobloc constituée de deux vis accouplées disposées en ligne et séparées par une bague de laminage. Le fourreau comporte, dans sa partie médiane, un orifice de dégazage accouplé à une pompe à vide. Cet orifice est situé juste en aval de la bague de laminage afin de réaliser un bon dégazage. La condition nécessaire pour réaliser un dégazage efficace est que la matière entraînée par la vis soit bien homogénéisée. Cette opération d'homogénéisation est effectuée par la partie amont de la vis d'extrusion qui délivre la matière en fines lamelles autour de la bague de laminage. Une détente engendrant une chute brutale de la pression en aval de la bague de laminage associée à la dépression générée par la pompe à vide favorise l'extraction des substances volatiles de la matière qui chemine dans l'extrudeuse, poussée par la vis. Bien que le principe du dégazage soit simple, l'opération est complexe en pratique et dépend de plusieurs facteurs. Comme mentionné ci-dessus, la vis monobloc est en fait constituée de deux vis accouplées en tandem dont la première, disposée en amont, débite la matière à travers une bague de laminage, dans la seconde, disposée en aval qui l'amène vers la filière. Pour que le dégazage soit possible, il est indispensable que l'orifice de dégazage soit ouvert et non obstrué, ce qui implique que le débit de la première vis doit être identique à celui de la seconde. Cet équilibre ne peut pas être atteint du fait que les deux vis ne sont pas identiques. Pour tenter d'atteindre néanmoins un équilibre des débits de la matière dans les deux étages, il faut recourir à des artifices. L'un d'eux consiste à ajuster de façon appropriée le diamètre de la bague de laminage. Cet ajustage n'est toutefois valable que pour une condition de débit et de pression bien déterminée qui est fonction de la section de la filière utilisée. Le nombre de conditions possibles étant quasiment infini, l'ajustage du diamètre de la bague de laminage ne constitue qu'un compromis qui ne résout pas le problème du déséquilibre des débits entre la vis amont et la vis aval ainsi que des moyens de dégazage équipant ledit second élément. Un autre artifice consiste à régler la température de façon à influer sur la viscosité de la matière et par conséquent sur son débit. Ceci peut être effectué soit en amont soit en aval de la bague de laminage. Dans la pratique, on a constaté que le réglage de la température ne donne qu'un résultat limité et ne permet pas de gérer efficacement les débits dans les deux vis et, par conséquent, d'obtenir un dégazage efficace de la matière en circulation dans l'extrudeuse. Il en résulte qu'actuellement aucune extrudeuse dégazeuse du commerce ne permet de réaliser l'équilibre des débits dans les deux étages, de sorte que l'extrusion d'élastomères s'effectue de façon plus ou moins empirique avec des réglages qui constituent autant de compromis difficiles à gérer. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients mentionnés cidessus en réalisant une extrudeuse dégazeuse capable d'assurer un dégazage efficace du caoutchouc naturel ou synthétique au cours de la transformation de la matière brute en une pâte homogène. Ce but est atteint par la tête d'extrusion telle que spécifiée en préambule, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier élément et un second élément montés en cascade et pouvant avoir une vitesse indépendante l'une de l'autre, ledit premier élément comportant un premier fourreau dans lequel est logée une première vis d'extrusion, un premier moteur réducteur d'entraînement de ladite première vis d'extrusion, un premier orifice d'entrée de la matière première et un premier orifice de sortie de la matière transformée, et ledit second élément comportant un second fourreau dans lequel est logée une seconde vis d'extrusion, un second moteur réducteur d'entraînement de ladite seconde vis d'extrusion, un deuxième orifice d'entrée de la matière première et un deuxième orifice de sortie de la matière transformée, ledit premier orifice de sortie de la matière transformée étant en communication avec un troisième orifice d'entrée d'une chambre tampon agencée pour recevoir un volume de matière transformée par ledit premier élément, cette chambre tampon ayant un troisième orifice de sortie qui communique avec ledit deuxième orifice d'entrée dudit second élément pour transférer cette matière transformée par ledit premier élément de ladite chambre tampon dans ledit second élément. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite chambre tampon est équipée d'au moins une grille d'extrusion. Cette grille d'extrusion est de préférence disposée audit troisième orifice de sortie de ladite chambre tampon. De façon particulièrement avantageuse, ladite chambre tampon comporte au moins un filtre disposé audit troisième orifice d'entrée, en communication avec ledit premier orifice de sortie dudit premier élément. D'une manière préférentielle, lesdits moyens de dégazage équipant ledit second élément comportent un quatrième orifice qui est en communication avec une source de dépression. Cette source de dépression est de préférence une pompe à vide. Selon une forme de réalisation préférée, ledit quatrième orifice est disposé en amont dudit deuxième orifice d'entrée dudit second élément. Ladite chambre tampon est de préférence ménagée dans une pièce de liaison agencée pour accoupler les deux éléments disposés en cascade. De cette manière la matière transformée dans le premier élément s'écoule dans la chambre tampon en vue d'alimenter ledit second élément. D'une manière particulièrement avantageuse, ladite pièce de liaison comporte divers accessoires. Ces divers accessoires comprennent de préférence au moins un porte-filtre ainsi que par exempte une bague de laminage. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'une forme de réalisation préférée, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente vue en coupe axiale d'une extrudeuse dégazeuse traditionnelle, et - la figure 2 représente vue en coupe axiale d'une extrudeuse dégazeuse selon l'invention. En référence à la figure 1, l'extrudeus'e dégazeuse 10 traditionnelle représentée comporte principalement un fourreau cylindrique 11 dans lequel est logée une vis monobloc 12 qui est entraînée par un moteur réducteur 13 monté à l'extrémité amont du fourreau. La vis monobloc 12 est en réalité composée de deux éléments de vis 12a et 12b assemblés bout à bout et séparés par une bague de laminage 14. Un premier orifice 15 d'entrée de la matière première est ménagé à proximité de l'extrémité amont de la vis monobloc 12 pour permettre l'introduction dans l'extrudeuse de caoutchouc naturel ou de synthèse et d'éventuels autres composants tels que des charges minérales, des huiles etc.. Au niveau de la bague de laminage 14, le fourreau 11 est équipé d'un deuxième orifice 16, appelé puits de vide, qui permet le raccordement de l'intérieur de l'extrudeuse avec une pompe à vide ou similaire pour assurer un dégazage de la matière en cours de transformation. A son extrémité aval, l'extrudeuse est équipée d'un troisième orifice 17 ménagé dans une tête d'extrusion 18 pourvue d'une filière 19 qui définit la forme et les dimensions du profil en caoutchouc extrudé par l'extrudeuse. Comme cela a été expliqué ci-dessus, le dégazage ne peut pas être effectué de façon efficace et les réglages pour tenter d'approcher les conditions optimales sont innombrables, laborieux et souvent totalement empiriques. L'extrudeuse dégazeuse 100 selon l'invention représentée par la figure 2, comporte un premier élément 110 et un second élément 130 couplés entre eux et montés en cascade, chacun de ces éléments constituant une extrudeuse en soi, chacune pouvant avoir une vitesse indépendante de la vitesse de l'autre. Le premier élément 110 comporte un premier fourreau 111 dans lequel est logée une première vis d'extrusion 112, un premier moteur réducteur 113 d'entraînement de ladite première vis d'extrusion 112, un premier orifice d'entrée 114 de la matière première et un premier orifice de sortie 115 de la matière transformée. Le second élément 130 comporte un second fourreau 131 dans lequel est logée une seconde vis d'extrusion 132, un second moteur réducteur 133 d'entraînement de ladite seconde vis d'extrusion 132, un deuxième orifice d'entrée 134 de la matière première et un deuxième orifice de sortie 135 de la matière transformée. Le premier élément 110 est couplé au second élément 130 par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 150 qui connecte le premier orifice de sortie 115 du premier élément avec le deuxième orifice d'entrée 134 du second élément. Cette pièce de liaison 150 contient une chambre tampon 151 destinée à recueillir la matière transformée dans ledit premier élément 110 et à la transférer dans le second élément 130. A cet effet, cette chambre tampon 151 comporte un troisième orifice d'entrée 152 qui communique avec le premier orifice de sortie 115 du premier élément 110 et un troisième orifice de sortie 153 qui communique avec ledit deuxième orifice d'entrée 134 dudit second élément 130. La pièce de liaison 150 comporte avantageusement un porte-filtre 154 avec un changeur de filtres 155 à proximité du troisième orifice d'entrée 152 de la chambre tampon 151. Par ailleurs, cette pièce de liaison 150 comporte avantageusement une grille d'extrusion 156 disposée à proximité du troisième orifice de sortie 153 de la chambre tampon 151. Cette grille d'extrusion permet de délivrer dans le deuxième orifice d'entrée 134 du second élément 130 des boudins ou des lanières de matière transformée dans le premier élément. D'autres accessoires peuvent être montés dans la pièce de liaison, par exemple une bague de laminage. Le second élément est pourvu de moyens de dégazage qui sont en l'occurrence constitués essentiellement d'un quatrième orifice 136 ménagé à travers le fourreau 131 et qui est relié à une source de dépression (non représentée), par exemple une pompe à vide. Ce quatrième orifice est disposé en amont du deuxième orifice d'entrée 134 du second élément, dans une zone d'extrémité de la vis d'extrusion 132 située entre sa zone dite active définie comme étant localisée entre l'orifice d'entrée de la matière et la tête d'extrusion, et le moteur réducteur 133 d'entraînement de la vis d'extrusion 132. Cette zone est une zone dite neutre qui ne contient pratiquement pas de matière tout en étant en parfaite communication avec cette dernière. On notera que la matière transformée dans le premier élément 110 entre dans la zone dite active de manière très fragmentée après son passage à travers la grille d'extrusion, ce qui facilite considérable son dégazage. La dépression créée dans la zone dite neutre et la libre communication entre la zone dite active et la zone dite neutre permettent d'assurer un dégazage très efficace et une qualité de matière première inégalée. En outre, étant donné que l'opération de dégazage n'est plus soumise à des contraintes d'équilibre des débits dans les deux parties de l'extrudeuse à vis monobloc traditionnelle telle que décrite en référence à la figure 1, la géométrie originale de l'extrudeuse selon l'invention avec sa chambre tampon, se prête à l'utilisation de vis ayant des profils pouvant être très différents, parfaitement adaptés aux fonctions qu'elles ont à assumer dans chacun des deux éléments qui composent l'extrudeuse. De plus, par sa construction originale, les opérations de maintenance sont facilitées du fait que les parties susceptibles d'être obturées, comme le filtre et la grille d'extrusion, sont très accessibles et peuvent être remplacées ou nettoyées aisément, sans que les deux éléments contenant les vis d'extrusion ne soient impliqués dans ces interventions. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Extrudeuse dégazeuse à caoutchouc, comportant un fourreau dans lequel est logée une vis d'extrusion entraînée en rotation autour de son axe par un moteur réducteur, un orifice d'introduction de la matière première, des moyens de chauffage et de régulation de la température de cette matière, et une tête d'extrusion de la matière transformée dans l'extrudeuse, montée à l'extrémité du fourreau, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier élément (110) et un second élément (130) montés en cascade et pouvant avoir une vitesse indépendante l'une de l'autre, ledit premier élément (110) comportant un premier fourreau (111) dans lequel est logée une première vis d'extrusion (112), un premier moteur réducteur (113) d'entraînement de ladite première vis d'extrusion (112), un premier orifice d'entrée (114) de la matière première et un premier orifice de sortie (115) de la matière transformée, et ledit second élément (130) comportant un second fourreau (131) dans lequel est logée une seconde vis d'extrusion (132), un second moteur réducteur (133) d'entraînement de ladite seconde vis d'extrusion (132), un deuxième orifice d'entrée (134) de la matière première et un deuxième orifice de sortie (135) de la matière transformée, ledit premier orifice de sortie (115) de la matière transformée étant en communication avec un troisième orifice d'entrée (152) d'une chambre tampon (151) agencée pour recevoir la matière transformée par ledit premier élément, cette chambre tampon ayant un troisième orifice de sortie (153) qui communique avec ledit deuxième orifice d'entrée (134) dudit second élément (130) pour transférer cette matière transformée par ledit premier élément de ladite chambre tampon dans ledit second élément ainsi que des moyens de dégazage (136) équipant ledit second élément. 2. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre tampon (151) est équipée d'au moins une grille d'extrusion (156). 3. Extrudeuse selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grille d'extrusion (156) est disposée audit troisième orifice de sortie (153) de ladite chambre tampon (151). 4. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre tampon (151) comporte au moins un filtre (155) disposé audit troisième orifice d'entrée (152), en communication avec ledit premier orifice de sortie (115) dudit premier élément. 5. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de dégazage équipant ledit second élément (130) comportent un quatrième orifice (136) de dégazage qui est en communication avec une source de dépression. 6. Extrudeuse selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite source de dépression est une pompe à vide. 7. Extrudeuse selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit quatrième orifice (136) de dégazage est disposé en amont dudit deuxième orifice d'entrée (134) dudit second élément (130). 8. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre tampon (151) est ménagée dans une pièce de liaison (150) agencée pour accoupler les deux éléments (110 et 130) disposés en cascade. 9. Extrudeuse selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite pièce de liaison (150) comporte divers accessoires. 10. Extrudeuse selon la revendication 9, caractérisé en ce que les divers accessoires comprennent un porte-filtre (154) et une bague de laminage.