Brevet FR2859659A1 — publié le 20050318

PROCEDE ET EXTRUDEUSE POUR FABRIQUER UNE MATIERE PLASTIQUE SYNTACTIQUE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une matière plastique syntactique en mélangeant une matière plastique et des microbilles creuses et un dispositif de réalisation du procédé. On connaît des matières plastiques syntactiques d'après le document DE 101 29 232 Al (correspondant au document WO 02/102887 Al). On entend par cela généralement des matières plastiques qui comprennent des matières de remplissage creuses, par exemple des microbilles creuses en verre ou similaires. De telles matières plastiques syntactiques sont utilisées comme revêtements isolants. Dans le procédé connu d'après le document DE 101 29 232 Al (correspondant au document WO 02/102887 Al), des composants de système polyuréthane sont mis en réaction au cours d'une première étape, et au cours d'une seconde étape, des microbilles creuses sont ajoutées dans un dispositif mélangeur, le dispositif mélangeur étant assemblé en étant exempt d'espace mort à partir d'un creuset de mélange en forme d'entonnoir, d'une amenée pour le polyuréthane, d'une amenée pour les microbilles creuses, d'un élément agitateur et d'un orifice de sortie. Dans ce cas, il est important de mélanger dans la matière plastique la plus grande quantité possible de microbilles creuses susceptibles de se briser, de manière uniforme, et avec le moins de brisure possible et la vitesse d'incorporation la plus rapide possible. Le mélange constitué de matière plastique et de microbilles creuses doit contenir le moins de poches d'air possible. Ces 2859659 2 exigences ne sont pas suffisamment satisfaites dans le procédé connu et le dispositif connu. L'objet de l'invention est de fournir un procédé du type général et de créer une extrudeuse destinée à réaliser ce procédé, qui satisfont respectivement les exigences exposées. L'objet de l'invention est résolu par un procédé de fabrication mélangeant une matière plastique et des microbilles creuses, en utilisant une extrudeuse à deux arbres, le procédé comprenant en outre les étapes suivantes. - la matière plastique est amenée à l'extrudeuse (1) et ramollie dans une zone de fusion (16), - les microbilles creuses (42) sont amenées à la matière 15 plastique ramollie dans au moins une zone d'amenée de matière de remplissage (18), - les microbilles creuses (42) sont mélangées dans la matière plastique dans une zone de mélange de matière de remplissage (19), - le mélange de matière plastique et de microbilles creuses (42) est dégazé dans une zone de dégazage (21) et - le mélange de matière plastique et de microbilles creuses (42) est soumis à une montée en pression. En utilisant selon l'invention une extrudeuse à deux arbres et grâce à la configuration de celle-ci, on obtient la réalisation d'un mélange rapide, soigneux des microbilles creuses dans la matière plastique et que dans ce cas, il n'en résulte que peu de brisure. Le mélange de matière plastique et de microbilles creuses est exempt d'air et dispose pour cette raison de bonnes propriétés thermiques et mécaniques, en particulier d'une faible 2859659 3 conductivité thermique, d'une densité réduite et d'une résistance élevée à la pression. Le mélange de matière plastique et de microbilles creuses peut être retraité directement, et ce à la chaleur, de sorte qu'aucune détérioration ou destruction des microbilles creuses par un nouveau processus de fusion ne s'effectue. Il est particulièrement avantageux que la matière plastique fondue soit dégazée en particulier de manière atmosphérique avant l'amenée des microbilles creuses, et également que le mélange de matière plastique et de microbilles creuses soit dégazé par le vide en aval de l'amenée des microbilles creuses. Toutes les matières plastiques techniques peuvent être utilisées de manière avantageuse comme matières plastiques et en particulier, les polyoléfines, les polypropylènes, les polyéthylènes, leurs mélanges et copolymères, les polycondensats comme le polyamide, les polyesters, ainsi que les matières plastiques résistantes aux hautes températures comme les PEEK, les PPS et les PCL sont de préférence utilisées. Les matières plastiques préférées pour les microbilles creuses sont le verre et le silicate d'aluminium. Les microbilles creuses présentent une plage de diamètre comprise entre 1 et 300 pm et de préférence entre 1 et 150 pm, leur densité est d'environ 0,2 à 0,8 g/cm3 et de préférence de 0, 3 à 0,5 g/cm3, leur densité apparente est de 0,05 à 0,6 g/cm3 et de préférence de 0,1 à 0,3 g/cm3. Le mélange de matière plastique et des microbilles creuses est de préférence retraité à la chaleur. L'invention porte également sur une extrudeuse destinée à réaliser un de ces procédés, cette extrudeuse: 2859659 4 - comprenant un boîtier (6), - comprenant deux alésages de boîtier (7, 8) pénétrant l'un dans l'autre et ménagés dans le boîtier (6), - comprenant deux arbres à vis sans fin (11, 12) disposés dans les alésages de boîtier (7, 8), pouvant être entraînés en rotation dans le même sens, - comprenant un dispositif d'amenée (14) de la matière plastique, - comprenant une zone de fusion (16) disposée en aval du dispositif d'amenée (14) dans une direction de transport (13) comprenant un chauffage et/ou des éléments de mélange et de pétrissage (25), comprenant au moins une machine à vis sans fin de chargement (32) débouchant dans une zone d'amenée de matière de remplissage (18) disposée en aval de la zone de fusion (16), destinée à amener les microbilles creuses (42), - comprenant des éléments de mélange (28) prévus dans une zone de mélange de matière de remplissage (19), - comprenant une machine à vis sans fin de retenue (45) débouchant dans une zone de dégazage (21) et conçue de préférence dans celle-ci et - comprenant une zone de montée en pression disposée en aval. Selon une variante, la machine à vis sans fin de chargement (32) est pourvue de deux vis sans fin transporteuses (36, 37). Selon encore une variante, la machine à vis sans fin de chargement (32) comprend un entonnoir d'amenée de matière de remplissage (41) qui est compartimenté et présente un compartiment d'entonnoir (43) pour l'ajout des microbilles creuses (42) et un compartiment 2859659 5 d'entonnoir (44) pour le dégazage des microbilles creuses (42). Selon une autre variante, la machine à vis sans fin de retenue (45) comprend un raccordement sous vide (52). Selon encore une autre variante, la machine à vis sans fin de retenue (45) débouche latéralement et radialement par rapport à un alésage de boîtier (8) dans le boîtier (6). Selon une variante, la machine à vis sans fin de 10 retenue (45) débouche dans un coin (53) entre les deux alésages de boîtier (7, 8) dans ceux-ci. Selon encore une variante, la zone de montée en pression est conçue comme une pompe à engrenages (54). Selon une autre variante, il est prévu un dispositif de retraitement à la chaleur. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention résultent de la description suivante d'un exemple de réalisation, en s'appuyant sur les des dessins. On peut y voir que la figure 1 est une vue partielle en élévation d'une extrudeuse selon l'invention en représentation en éclaté, la figure 2 est une vue partielle latérale de l'extrudeuse en représentation en éclaté, présentant une disposition modifiée d'une machine à vis sans fin de retenue, la figure 3 est une coupe transversale verticale à travers l'extrudeuse, présentant une disposition de la machine à vis sans fin de retenue selon la figure 1, la figure 4 est une coupe transversale verticale à travers l'extrudeuse, présentant une disposition de la machine à vis sans fin de retenue selon la figure 2 et 2859659 6 la figure 5 est une vue longitudinale latérale d'une disposition de pompes à engrenages destinée à être disposée en aval de l'extrudeuse. L'exemple de réalisation représenté sur les dessins comprend une extrudeuse 1. Elle est entraînée au moyen d'un moteur 2 par l'intermédiaire d'un embrayage 3 et d'une transmission 4. L'extrudeuse 1 comprend un boîtier 6 pourvu d'un chauffage 5, boîtier dans lequel sont conçus deux alésages de boîtier ou portées 7, 8 s'engrenant l'un dans l'autre sensiblement en forme de 8, comprenant des axes 9, 10 parallèles l'un à l'autre. Dans ces alésages de boîtier 7, 8 sont disposés deux arbres à vis sans fin 11, 12, qui sont couplés à la transmission 4. Les arbres à vis sans fin 11, 12 sont entraînés dans le même sens. L'extrudeuse 1 comprend un entonnoir d'amenée 14 disposé dans une direction de transport 13 derrière la transmission 4, entonnoir par l'intermédiaire duquel est amenée la matière plastique destinée à être traitée ou les matières plastiques destinées à être traitées, et auquel se raccorde une zone d'alimentation 15. S'y raccorde une zone de fusion 16. A la zone de fusion 16 succède une zone de dégazage atmosphérique 17. S'y raccorde une zone d'amenée de matière de remplissage 18, qui se raccorde à une zone de mélange de matière de remplissage 19. En fonction de la proportion de microbilles creuses destinées à être amenées comme matière de remplissage plusieurs zones d'amenée de matière de remplissage sont prévues, comprenant respectivement une zone de mélange de matière de remplissage disposée en aval et un dégazage atmosphérique disposé en amont. A cette zone de mélange 19 succède une zone de retenue ou de bouchon 20, derrière laquelle se 2859659 7 situe une zone de dégazage par le vide 21. S'y raccorde une zone de montée en pression 22 et à celle-ci une zone d'évacuation 23. Dans la zone d'alimentation 15, les arbres à vis sans fin 11, 12 comprennent des éléments de vis sans fin 24. Dans la zone de fusion 16, ils sont pourvus d'éléments de pétrissage 25. Dans la zone de dégazage atmosphérique 17 et dans au moins l'une des zones d'amenée de matière de remplissage 18 s'y raccordant sont à nouveau prévus des éléments de vis sans fin 26. En outre, un orifice de dégazage 27 débouche de la zone de dégazage atmosphérique 17 depuis le boîtier 6, orifice à travers lequel est dégazée la matière plastique fondue à l'encontre de la pression atmosphérique. Dans la zone de mélange de matière de remplissage 19, les arbres à vis sans fin 11, 12 sont pourvus d'éléments de mélange 28 conçus comme ce que l'on appelle des disques à épaulement, tels qu'on les connaît d'après le document EP 0 875 356 (correspondant au document US 6 048 088), qui sont particulièrement pauvres en pointes de cisaillement et autonettoyants. Dans la zone de retenue 20 sont prévus des éléments de retenue 29 sous la forme d'éléments de vis sans fin de retour ou similaires. Dans la zone de dégazage par le vide 21, la zone de montée en pression 22 suivante et la zone d'évacuation 23 sont à nouveau prévus des éléments de vis sans fin 30. Aux zones de montée en pression 22 et d'évacuation 23 se raccorde une buse 31. Dans la zone d'amenée de matière de remplissage 18 débouche une machine à vis sans fin de chargement 32, dans le sens radial par rapport à l'axe 9 dans un alésage de boîtier 7. Elle comprend un moteur de commande 33, qui est couplé par l'intermédiaire d'un embrayage 34 à une 2859659 8 transmission 35, par laquelle sont entraînées dans le même sens deux vis sans fin transporteuses 36, 37, s'engrenant de manière étroite l'une dans l'autre. Les vis sans fin transporteuses 36, 37 sont disposées dans des alésages de boîtier 38, 39 pénétrant l'un dans l'autre également en forme de 8, qui débouchent à travers un orifice d'amenée de matière de remplissage 40 du boîtier 6 dans l'alésage de boîtier 7 et parviennent à proximité des éléments de vis sans fin 26. A côté de la transmission 35 est prévu un entonnoir d'amenée de matière de remplissage 41, qui débouche dans les alésages de boîtier 38, 39. La matière de remplissage destinée à être ajoutée, à savoir les microbilles creuses 42, est amenée, au moyen de la machine à vis sans fin de chargement 32 et elle est incorporée dans la matière plastique fondue dans la zone d'amenée de matière de remplissage 18 de l'extrudeuse 1. L'entonnoir d'amenée 41 est conçu de manière appropriée de façon compartimentée. L'ajout des microbilles creuses 42 s'effectue au-dessus d'un premier compartiment d'entonnoir 43, qui se situe sur le côté de saisie des billes 42 des vis sans fin transporteuses 36, 37. L'entonnoir 41 comprend un second compartiment d'entonnoir 44, dans lequel les vis sans fin transporteuses 36, 37 se tournent en quelque sorte vers le haut; à travers ce second compartiment d'entonnoir 44 s'effectue encore un autre dégazage atmosphérique, et ce en particulier de l'air, qui est parvenu avec les microbilles creuses 42 dans la machine à vis sans fin de chargement 32. Le mélange des microbilles creuses 42 dans la zone de mélange de matière de remplissage 19 dans la matière plastique déjà fondue s'effectue de manière 2859659 9 extrêmement soigneuse au moyen des éléments de mélange 28 conçus comme des disques à épaulement. La matière plastique fondue, dans laquelle sont réparties uniformément les microbilles creuses 42, est ensuite dégazée par le vide dans la zone de dégazage par le vide 21. A cet effet, une machine à vis sans fin de retenue à un arbre ou à deux arbres 45 est prévue, qui comprend un moteur de commande 46, qui est couplé par l'intermédiaire d'un embrayage 47 à une transmission 48. A celle-ci est reliée de manière solidaire en rotation une vis sans fin de retenue 49, qui est disposée dans un alésage 50 d'un boîtier 51 de la machine 45. L'alésage 50 débouche dans l'extrudeuse 1. Au voisinage de la transmission 48, le boîtier 51 comprend un raccordement sous vide 52 débouchant dans l'alésage 50. La vis sans fin 49 s'étend jusqu'aux éléments de vis sans fin 30. Comme il est possible de le remarquer d'après les figures 1 et 3, la machine à vis sans fin de retenue 45 peut déboucher latéralement et horizontalement dans un alésage de boîtier 8 du boîtier 6 de l'extrudeuse 1. Comme il est possible de le remarquer d'après les figures 2 et 4, la machine à vis sans fin de retenue 45 peut également déboucher verticalement depuis la partie supérieure dans le boîtier 6 et ce dans la zone du coin supérieur 53 entre les deux alésages de boîtier 7, 8. Mais elle peut également déboucher verticalement, mais latéralement par rapport au coin 53 de façon décalée dans un alésage de boîtier 7 ou 8. La vis sans fin de retenue 49 est entraînée de telle sorte qu'elle exerce un effet transporteur en direction des alésages de boîtier 7, 8, de sorte que malgré le vide appliqué, 2859659 10 aucune matière plastique mélangée aux microbilles creuses 42 ne sorte de la zone de dégazage par le vide 21. La matière plastique fondue et mélangée de façon homogène aux microbilles creuses 42 est retraitée à la chaleur, c'est-à-dire qu'une station de retraitement est disposée directement en aval, de sorte qu'aucune nouvelle fusion ne soit nécessaire pour un retraitement, de sorte qu'une destruction des microbilles creuses 42 est exclue, d'une part dans le cas d'une granulation et d'autre part dans le cas d'une nouvelle fusion. Afin de permettre un tel retraitement à la chaleur, la montée en pression décrite dans la zone de montée en pression 22, en coopération avec la buse disposée en aval 31, est avantageuse. Si la pression pouvant être atteinte sur la buse 31 devait ne pas être suffisante, il peut alors être approprié de disposer une pompe à engrenages 54 pour la montée en pression derrière la zone d'évacuation 23, telle qu'elle est représentée sur la figure 5. Une telle pompe à engrenages 54 comprend habituellement un boîtier de pompe 55, dans lequel sont disposées deux roues d'engrenage 56, 57 s'engrenant l'une avec l'autre. Afin d'éviter un broyage ou une pulvérisation des microbilles creuses 42 dans la pompe à engrenages 54, les deux roues d'engrenage 56, 57 sont entraînées de façon absolument synchrone et obligatoirement couplées de façon mécanique, et ce par l'intermédiaire d'une transmission de dérivation 58, qui est entraînée par une pompe-moteur 59. Chaque roue d'engrenage 56, 57 est entraînée par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement 60, 61 propre, de sorte qu'il ne naisse aucun jeu diamétral entre les roues d'engrenage 56, 57, c'est-àdire que les dents 62 des roues d'engrenage 56, 57 ne reposent pas les unes sur 2859659 11 les autres De tels entraînements sont également désignés par engrenage de distribution. La pompe à engrenages 54 est disposée transversalement à l'extrudeuse 1, serait raccordée comme sur la figure 1 en haut à droite. Dans le cas d'une montée en pression par une pompe à engrenages 54, la buse 31 serait disposée directement à l'arrière de la pompe à engrenages 54. En outre, une extrudeuse à un seul arbre peut également être utilisée pour la montée en pression, comme cela est généralement connu. Sont particulièrement intéressantes comme matières plastiques toutes les matières plastiques techniques, en particulier les polyoléfines, par exemple, les polypropylènes, les polyéthylènes et leurs mélanges, les copolymères de ceux-ci, les polycondensats, par exemple les polyamides, les polyester, ainsi que les matières plastiques résistantes aux hautes températures, comme par exemple le PEEK (polyétheréthercétone), le PPS (sulfure de polyphénylène), les PCL (polymères à cristaux liquides). Les microbilles creuses 42 sont constituées de verre ou de silicate d'aluminium. Pour les microbilles creuses 42, les données suivantes sont approximativement applicables: densité des microbilles creuses: 0,2 à 0,8 g/cm3, de préférence 0,3 à 0,5 g/cm3 densité apparente des microbilles creuses: 0,05 à 0,6 g/cm3, de préférence 0,1 à 0,3 g/cm3 diamètre des microbilles creuses: 1 à 300 pm, de préférence 1 à 150 pm. Au lieu du verre ou du silicate d'aluminium comme matériau pour les microbilles creuses, une matière plastique résistant de manière correspondante aux températures est également intéressante. 2859659 12 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une matière plastique syntactique en mélangeant une matière plastique et des microbilles creuses, caractérisé en ce qu'il utilise une extrudeuse à deux arbres, - la matière plastique étant amenée à l'extrudeuse (1) et ramollie dans une zone de fusion (16), - les microbilles creuses (42) étant amenées à la matière plastique ramollie dans au moins une zone d'amenée de matière de remplissage (18), les microbilles creuses (42) étant mélangées dans la matière plastique dans une zone de mélange de matière de remplissage (19), - le mélange de matière plastique et de microbilles creuses (42) étant dégazé dans une zone de dégazage (21) 15 et - le mélange de matière plastique et de microbilles creuses {42) étant soumis à une montée en pression. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que la matière plastique est dégazée en amont de l'amenée des microbilles creuses (42). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange de matière plastique et de microbilles creuses (42) est dégazé par le vide en aval de l'amenée des microbilles creuses (42). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des matières plastiques techniques, 30 comme les polyoléfines ou comme les polypropylènes, les 2859659 14 polyéthylènes, leurs mélanges et copolymères, les polycondensats, comme les polyamides, les polyesters, ainsi que les matières plastiques résistantes aux hautes températures comme les PEEK, les PPS, les PCL, sont utilisées comme matières plastiques. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les microbilles creuses (42) sont constituées de verre ou de silicate d'aluminium. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les microbilles creuses (42) comprennent un diamètre de 1 à 300 pin et de préférence de 1 à 150 pam. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les microbilles creuses (42) comprennent une densité d'environ 0,2 à 0,8 g/cm3 et de préférence de 0,3 à 0,5 g/cm3. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les microbilles creuses (42) comprennent une densité apparente de 0,05 à 0,6 g/cm3 et de préférence de 0,1 à 0,3 g/cm3. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mélange de matière plastique et des microbilles creuses (42) est retraité à la chaleur. 10. Extrudeuse, caractérisée en ce qu'elle destinée à réaliser le procédé selon l'une des revendications 1 à 9, et en ce qu'elle comprend: 2859659 15 - un boîtier (6), - deux alésages de boîtier (7, 8) pénétrant l'un dans l'autre et ménagés dans le boîtier (6), - deux arbres à vis sans fin (11, 12) disposés dans les 5 alésages de boîtier (7, 8), pouvant être entraînés en rotation dans le même sens, - un dispositif d'amenée (14) de la matière plastique, - une zone de fusion (16) disposée en aval du dispositif d'amenée (14) dans une direction de transport (13) comprenant un chauffage et/ou des éléments de mélange et de pétrissage (25), - au moins une machine à vis sans fin de chargement (32) débouchant dans une zone d'amenée de matière de remplissage (18) disposée en aval de la zone de fusion (16), destinée à amener les microbilles creuses (42), - des éléments de mélange (28) prévus dans une zone de mélange de matière de remplissage (19), - une machine à vis sans fin de retenue (45) débouchant dans une zone de dégazage (21) et conçue de préférence 20 dans celle-ci et - une zone de montée en pression disposée en aval. 11. Extrudeuse selon la revendication 10, caractérisée en ce que la machine à vis sans fin de chargement (32) est 25 pourvue de deux vis sans fin transporteuses (36, 37). 12. Extrudeuse selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que la machine à vis sans fin de chargement (32) comprend un entonnoir d'amenée de matière de remplissage (41) qui est compartimenté et présente un compartiment d'entonnoir (43) pour l'ajout des 2859659 16 microbilles creuses (42) et un compartiment d'entonnoir (44) pour le dégazage des microbilles creuses (42). 13. Extrudeuse selon l'une des revendications 10 à 12, 5 caractérisée en ce que la machine à vis sans fin de retenue (45) comprend un raccordement sous vide (52). 14. Extrudeuse selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que la machine à vis sans fin de retenue (45) débouche latéralement et radialement par rapport à un alésage de boîtier (8) dans le boîtier (6). 15. Extrudeuse selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que la machine à vis sans fin de retenue (45) débouche dans un coin (53) entre les deux alésages de boîtier (7, 8) dans ceux-ci. 16. Extrudeuse selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce que la zone de montée en pression est 20 conçue comme une pompe à engrenages (54). 17. Extrudeuse selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisée en ce qu'il est prévu un dispositif de retraitement à la chaleur.