Brevet FR2867100A1 — publié le 20050909

La présente invention concerne une matière première d'alimentation d'une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques, un procédé d'alimentation d'une telle machine avec cette matière première et une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques adaptée pour utiliser cette matière première. Une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques, telle qu'une extrudeuse ou une presse à injecter, est la plupart du temps amenée à fabriquer des séries de pièces de natures différentes, ces pièces pouvant par exemple être en des matériaux ou compositions de matériaux différents, ou en des couleurs différentes. Les matières premières d'alimentation des machines de transformation des matières thermoplastiques sont le plus souvent sous forme de poudre(s) ou de granulés afin de permettre une fonte rapide et homogène de ces matières premières en vue de la transformation subséquente à réaliser. Les machines sont équipées à cet effet d'une ou plusieurs trémies de mélange des différentes matières (matière(s) de base, colorant(s), additif(s)...) formant la composition à transformer, cette ou ces trémies étant pourvues de doseurs volumétriques ou pondéraux, le plus souvent pilotés électroniquement. A titre illustratif, la figure 1 montre une extrudeuse 1 de type connu, vue de côté et en coupe longitudinale. Cette extrudeuse 1 comprend une trémie 2 d'alimentation en matières premières 3 sous forme de granulés, un tube chauffé 4 dans lequel tourne une vis 5 de mélange et de poussage des matières premières, un moteur 6 d'entraînement de la vis 5 et une tête 7 d'extrusion de la matière 8 selon la forme désirée. L'utilisation de matières premières sous forme de granulés ou de poudre(s) a pour inconvénient important d'obliger à un nettoyage minutieux de la ou des trémies de mélange et des doseurs entre chaque série de pièces, afin d'empêcher que des granulés et poussières résiduels de la série de pièces précédente ne viennent polluer la matière de la série suivante. Ce nettoyage implique un travail fastidieux à accomplir et une immobilisation de la machine le temps de son accomplissement. La machine doit de plus fonctionner pendant une certaine durée avant que la production de la série de pièces suivante puisse commencer, afin que l'on soit sûr de l'absence de particules ou granulés résiduels de la série précédente. Les matières premières sous forme de granulés ou de poudre(s) ont de plus tendance à se répandre autour de la machine, obligeant à un nettoyage régulier de l'atelier. Par ailleurs, certaines matières premières ont des conditions de mise en oeuvre exigeantes, et doivent notamment avoir une humidité très réduite ou être mélangées et fondues sous une atmosphère pauvre en oxygène. A défaut, les qualités des produits obtenus pourraient être altérées. Les matières premières sous forme de granulés ou de poudre(s) offrent de ce point de vue des surfaces de contact importantes avec l'air ambiant et ont par conséquent pour inconvénient de nécessiter dans certains cas des traitements préalables à leur introduction dans la machine, notamment un traitement de dessiccation. Les machines doivent alors être complétées par des équipements de dessiccation du type étuve ou bien, selon les cas, par des dispositifs de diffusion de gaz inerte ou réducteur sur le mélange de matières premières, ce qui constitue une contrainte notable. Les matières premières sous forme de granulés ou de poudre(s) ont également pour inconvénient d'avoir un contact étendu avec les parois des trémies de mélange, ce qui peut les polluer. La présente invention vise à remédier au moins partiellement à tout ou partie de ces inconvénients. À cette fin, la matière première qu'elle concerne est formée par au moins un matériau allongé susceptible d'être alimenté en continu dans la machine et d'être fractionné et/ou fondu à l'intérieur de la machine. Ce matériau allongé élimine la dispersion de la matière première au niveau d'une ou plusieurs trémies d'alimentation ou de doseurs, et élimine ainsi la nécessité de nettoyer minutieusement cette ou ces trémies entre chaque série de pièces. Ce matériau élimine de plus tout contact, ou tout au moins un contact étendu, de la matière première avec les parois d'une trémie, réduisant ainsi le risque de pollution de cette matière première par ces parois. En cas de changement de matière première, notamment en cas de changement de colorant ou d'additif, il suffit d'interrompre l'alimentation en matière première allongée à la fin de la production d'une série de pièces et d'alimenter la machine avec la matière première allongée de la série de pièces suivantes. Le passage d'une série de pièces à une autre est ainsi réalisé de manière beaucoup plus simple et rapide qu'avec une matière première, un colorant ou un additif selon la technique antérieure. Cette matière première allongée présente par ailleurs une surface de contact réduite avec l'air ambiant, ce qui réduit la nécessité de traitement préalable ou la nécessité éventuelle de dispositifs de diffusion de gaz inerte ou réducteur à l'intérieur de la machine. La matière première selon l'invention a en outre pour avantages de ne pas se répandre dans un atelier et de pouvoir être stockée sous un volume réduit, notamment par bobinage. La forme allongée du matériau peut être adoptée soit pour la matière de base ou une matière de base, soit pour un colorant, soit pour un additif, soit, selon une version préférée de l'invention, pour toutes les matières ou produits que l'on veut introduire et mêler dans la machine de transformation. Ledit matériau allongé peut être sous forme d'un ou plusieurs filaments, fils, câbles, joncs, bandes, profilés ou autres. Il peut être plein ou creux intérieurement. Il peut regrouper plusieurs matières, liées intimement entre elles ou réunies par des jonctions telles que des juxtapositions, des soudures ou des voiles de matière, un tressage ou des ligatures. Ledit matériau allongé peut notamment se présenter sous forme d'un ou plusieurs fils continus, de section transversale pouvant être comprise entre quelques dixièmes de mm2 et quelques dizaines de cm2, lesdits fils pouvant être issus d'une ou plusieurs bobines. Dans le cas où il est creux intérieurement, le matériau peut avantageusement contenir une atmosphère particulière, par exemple un gaz inerte ou réducteur, ou un vide, ou de l'air déshumidifié, et/ou peut contenir une ou plusieurs autres matières premières, notamment sous forme de granulés. Ce matériau permet ainsi, au moment de son fractionnement à l'intérieur de la machine, de diffuser le gaz inerte ou réducteur qu'il contient, réduisant ou éliminant la nécessité de dispositifs de diffusion d'un tel gaz dans la machine. Ce matériau permet également de protéger la ou les autres matières premières qu'il contient d'un contact avec l'air ambiant, et permet un mélange intime de cette ou ces autres matières premières avec les portions fractionnées du matériau. Selon une autre possibilité avantageuse, le matériau allongé selon l'invention consiste en une gaine continue à parois minces, notamment en matériau thermoplastique, ladite gaine étant garnie par des matériaux à alimenter sur la machine de transformation. Cette gaine a de préférence une faible épaisseur de paroi, par exemple 10 à 200 microns, et peut présenter, pour sa zone creuse intérieure, une section transversale de plusieurs mm2 à plusieurs dizaines voire centaines de cm2. Lesdits matériaux à alimenter peuvent être sous forme de poudre(s) ou de granulés, ou peuvent être eux-mêmes des matériaux allongés du type fil(s), tresse(s), bandes, etc.. La gaine peut être constituée d'une ou plusieurs matières identiques ou compatibles avec la ou les matières d'alimentation qui la garnissent, l'ensemble ainsi constitué pouvant être alors introduit globalement, complètement et de façon continue dans la machine de transformation. Un matériau avantageux conforme à l'invention peut être par exemple formé par une gaine en polyéthylène enserrant des fils, "câbles", ou granulés eux-mêmes en polyéthylène ou en polyoléfines compatibles (polypropylène copolymère par exemple) avec ou sans colorant (lui-même sur base compatible avec du polyéthylène). Dans le cas moins avantageux où la gaine serait constituée elle-même d'un matériau incompatible avec les matériaux qu'elle contient, par exemple en cas d'une gaine en textile naturel ou d'une gaine en polyoléfine (polyéthylène ou polypropylène) avec un matériau à alimenter du type styrénique par exemple, la gaine peut être ouverte, par exemple refendue, au droit de la bouche d'alimentation de la machine de transformation, puis récupérée, par exemple enroulée en continu, et évacuée. La matière d'alimentation s'introduit alors par exemple par gravité dans la bouche d'alimentation de la machine de transformation, dès qu'elle s'échappe de la gaine. Dans tous les cas, la gaine garnie par les matières à alimenter peut être livrée au transformateur sous forme de bobines (analogues par exemple aux bobines de câbles) ou bien sous forme de "serpents" continus stockés dans des conteneurs de grandes capacités, par exemple une tonne ou plus. Le matériau ou la gaine, lorsqu'il contient un gaz ou une ou plusieurs autres matières premières, peut comprendre des zones de segmentation de son volume interne, aménagées de proche en proche. Ces zones de segmentation permettent de former des poches indépendantes de gaz ou de matières, et/ou de maintenir la ou lesdites autres matières premières à l'intérieur du matériau ou de la gaine, et/ou de définir une quantité donnée de cette ou ces autres matières premières par unité de longueur du matériau, et/ou de rendre possible un enroulement du matériau selon un rayon limité, en vue du bobinage de ce matériau. Ces zones de segmentation peuvent notamment être constituées par des thermosoudures de la paroi du matériau ou de la gaine. Le matériau allongé selon l'invention peut également se présenter sous la forme d'un câble continu constitué de filaments, continus ou non, torsadés ou non, ce câble pouvant être inclus ou non dans une gaine elle- même constituée d'un ou plusieurs matériaux identiques ou compatibles avec celui ou ceux constitutifs du câble. L'invention concerne également un procédé d'alimentation d'une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques en matières premières. Ce procédé comprend les étapes consistant à : - utiliser une matière première d'alimentation de la machine, formée par au moins un matériau allongé ; - alimenter ce ou ces matériaux allongés en continu dans la machine, et - fractionner ce ou ces matériaux allongés, au niveau de la bouche d'alimentation de la machine et/ou faire fondre ce ou ces matériaux à l'intérieur de la machine. Le fractionnement peut être réalisé longitudinalement, transversalement ou de manière aléatoire, par exemple broyage ou concassage. Ce procédé, lorsqu'il ne concerne pas tous les composants de la matière plastique à transformer, comprend les étapes consistant à : - utiliser au moins un composant de la matière plastique à transformer sous la forme d'un matériau allongé, et - alimenter ce composant en continu dans la machine, à une vitesse d'introduction réglable, déterminée en fonction de la vitesse d'introduction des autres composants de la matière plastique et du rapport que doit avoir ce composant avec les autres composants de la matière plastique. La machine selon invention comprend, quant à elle, au moins un dispositif permettant d'alimenter en continu la matière première selon invention, notamment une ou plusieurs paires de roues, galets ou rouleaux entraînés en des sens inverses, entre lesquels passe cette matière première. Le fractionnement de cette matière première peut, lorsque la machine comprend une vis sans fin d'acheminement de la matière première, être réalisé directement par la vis sans fin de la machine. La machine peut comprendre, sinon, un dispositif de fractionnement de la matière première, par exemple un dispositif comprenant une ou plusieurs paires de roues, galets ou rouleaux à dents plus ou moins acérées, engrenant ou non l'un avec l'autre, entre lesquels passe la matière première selon l'invention. Ces dispositifs d'entraînement de la matière première selon l'invention peuvent être pilotés en vitesse électriquement ou électroniquement par exemple, en cohérence avec la vitesse ou le débit de la machine de transformation. Ce pilotage peut être asservi à la vitesse ou au débit de la machine de transformation afin notamment de respecter des compositions en pourcentage de la matière globale obtenue à la sortie de la machine de transformation, notamment le pourcentage de colorant(s). Ce pourcentage devient ainsi aisé à respecter grâce audit pilotage des vitesses de rotation de galets ou pignons, qui permet de déterminer de manière fiable la vitesse de défilement et d'introduction par exemple d'un fil constitué de "colorant", c'est-à-dire une concentration de pigments + produits dispersants englobés dans une matrice polymère compatible avec la ou les matière(s) principale(s) à colorer et préalablement extrudé sous sa forme de fil. Lorsqu'il s'agit d'un colorant ou d'un additif mis en forme de matière allongée (fil ou autre élément continu) et notamment dans le cas de particules organiques toujours plus difficiles à disperser que des particules minérales, le fabricant de matière première pourra utilement prévoir un pourcentage plus élevé de produit dispersant (stéarate de zinc, talc ou tout autre produit accroissant la dispersion) afin que la présentation du colorant ou de l'additif sous forme de matière allongée, au lieu de poudre(s) ou granulé(s), ne porte pas préjudice à la qualité de la dispersion finale dans la ou les matières de base dans la machine de transformation. L'invention sera bien comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, une forme de réalisation de la machine qu'elle concerne et plusieurs formes de réalisation de la matière première qu'elle concerne également. La figure 2 est une vue de côté, très simplifiée, de cette machine, en couple longitudinale; les figures 3a à 3d sont des vues en perspective de portions de la matière première, selon quatre formes de réalisation, et la figure 4 est une vue de côté de cette matière première, selon l'une de ces formes de réalisation. La figure 2 montre une machine d'extrusion 1 comprenant les mêmes organes que ceux décrits en référence à la figure 1, à l'exception de la matière première 3 sous forme de granulés. Les organes qui se retrouvent sont désignés par les mêmes références numériques et, étant bien connus en euxmêmes, ne sont pas particulièrement détaillés. Comme le montre la figure 2, la machine 1 est alimentée par une matière 25 première 10 sous forme allongée, amenée en continu dans la trémie 2, à partir d'une bobine 11, au moyen de roues dentées contra-rotatives 12. La matière première 10 passe sur des roues de guidage 13 puis passe entre ces roues dentées 12, lesquelles sont équipées de dents acérées qui fragmentent cette matière première 10. La matière fragmentée 10 tombe ensuite dans le tube 4 et est acheminée vers la tête 7 par la vis 5. Cette matière première 10 peut adopter des formes diverses, dont quatre sont illustrés par les figures 3a à 3d. Elle peut-être sous forme d'un matériau 15 monofil ou multifils, comme le montrent respectivement les figures 3a et 3b. Dans ce deuxième cas, chaque fil 15 est relié au fil 15 adjacent par un voile de matière 16. Chaque fil 15 peut être plein ou creux intérieurement. Un même fil 15 peut regrouper plusieurs matières, liées intimement entre elles, ou les différents fils 15 peuvent être en des matières différentes. La matière première 10 peut également comprendre une gaine creuse 17 contenant un ou plusieurs fils 15, comme le montre la figure 3c, ou une gaine 18 à paroi mince contenant un ou plusieurs matériaux 3 sous forme de granules ou de poudre, comme le montre la figure 3d. La matière de la gaine 17 ou 18 peut être compatible ou non avec la ou les matières d'alimentation 15, 3 qui la garnissent. Lorsqu'elle n'est pas compatible, la gaine 17 ou 18 est ouverte, par exemple refendue, au droit de la bouche d'alimentation de la machine 1, puis est récupérée, par exemple enroulée en continu, et évacuée. Lorsqu'elle est creuse intérieurement, ou lorsqu'elle comprend une gaine 17 ou 18, la matière première 10 peut contenir une atmosphère particulière, par exemple un gaz inerte ou réducteur, ou un vide, ou de l'air déshumidifié. Cette matière première 10 diffuse alors, au moment de son fractionnement à l'intérieur de la machine 1, l'atmosphère qu'elle contient, réduisant ou éliminant la nécessité de dispositifs de diffusion d'une telle atmosphère dans la machine 1. La figure 4 est une vue de côté de la matière première 10 incluant la gaine 18. Comme cela est représenté, cette gaine 18 comprend des zones 20 de segmentation de son volume interne, aménagées de proche en proche, notamment par soudure des parois de cette gaine 18. Ces zones de segmentation 20 permettent de former des poches indépendantes 21 de matières premières 3, assurant le maintien de ces matières premières à l'intérieur de la gaine 18, permettant de définir une quantité donnée de ces matières premières 3 par unité de longueur, et rendant possible un enroulement de la matière première 10 selon un rayon limité, sur la bobine 11. Comme cela apparaît de ce qui précède, l'invention fournit une matière première d'alimentation d'une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques présentant les avantages déterminants: - d'éliminer la dispersion de la matière première au niveau d'une trémie 2, et d'éliminer ainsi la nécessité de nettoyer minutieusement cette trémie 2 entre chaque série de pièces; - d'éliminer tout contact, ou tout contact étendu, de la matière première avec les parois d'une trémie, d'un dispositif de pesage, de mélangeage ou de dosage; - d'interrompre facilement l'alimentation en matière première à la fin de la production d'une série de pièces et d'alimenter facilement la machine avec la matière première allongée de la série de pièces suivantes; - d'avoir une surface de contact réduite avec l'air ambiant; - de pouvoir être stockée sous un volume réduit. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle s'étend à toutes les formes de réalisations couvertes par les revendications ci-annexées. En particulier, si la section de la matière première 10 le permet, la fragmentation de cette matière première peut être réalisée directement par la vis 5 au niveau de l'ouverture inférieure de la trémie 2; les roues 12 peuvent alors être de simples galets d'entraînement de la matière première 10. REVENDICATIONS 1 Matière première (10) d'alimentation d'une machine (1) de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques, notamment une extrudeuse ou une presse à injecter, caractérisée en ce qu'elle est formée par au moins un matériau allongé susceptible d'être alimenté en continu dans la machine (1) et d'être fractionné au niveau de la bouche d'alimentation de la machine (1) et/ou d'être fondu à l'intérieur de la machine (1). 2 Matière première (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit matériau allongé se présente sous forme d'un ou plusieurs fils continus (15), de section transversale pouvant être comprise entre quelques dixièmes de mm2 et quelques dizaines de cm2, lesdits fils (15) pouvant être issus d'une ou plusieurs bobines. 3 Matière première (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit matériau allongé (17, 18) est creux intérieurement et en ce qu'il contient une atmosphère particulière, par exemple un gaz inerte ou réducteur, ou un vide, ou de l'air déshumidifié, et/ou en ce qu'il contient une ou plusieurs autres matières premières, notamment sous forme de granulés. 4 Matière première (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une gaine continue (18) à parois minces, notamment en matériau thermoplastique, ladite gaine étant garnie par des matériaux (3) à alimenter sur la machine (1) de transformation. Matière première (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la gaine est constituée d'une ou plusieurs matières identiques ou compatibles avec la ou les matières d'alimentation qui la garnissent, ce qui permet son introduction simultanée dans la machine (1) avec le ou les matériaux à alimenter. 6 Matière première (10) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la gaine est constituée d'une ou plusieurs matières non compatibles avec la ou les matières d'alimentation. 7 Matière première (10) selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que ledit matériau allongé comprend des zones (20) de segmentation de son volume interne, aménagées de proche en proche. 8 Matière première (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce que les zones de segmentation (20) sont constituées par des thermosoudures de la paroi du matériau. 9 Matière première (10) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit matériau allongé regroupe plusieurs matières, liées intimement entre elles ou réunies par des jonctions telles que des juxtapositions, des soudures ou des voiles de matière, un tressage ou des ligatures. Matière première (10) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit matériau allongé se présente sous la forme d'un câble continu constitué de filaments, continus ou non, torsadés ou non, câble pouvant être ou non inclus dans une gaine elle-même constituée de matériau(x) identique(s) ou compatible(s) avec celui ou ceux constitutif(s) du câble. 11 Procédé d'alimentation d'une machine (1) de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - utiliser une matière première (10) d'alimentation de la machine (1), formée par au moins un matériau allongé selon l'une des revendications 1 à 10; - alimenter ce ou ces matériaux allongés en continu dans la machine (1), et - fractionner longitudinalement ce ou ces matériaux allongés au niveau de la bouche d'alimentation de la machine (1) et/ou faire fondre ce ou ces matériaux à l'intérieur de la machine (1). 12 Procédé d'alimentation selon la revendication 11, comprenant les étapes consistant à - utiliser au moins un composant de la matière plastique à transformer sous la forme d'un matériau allongé, et alimenter ce composant en continu dans la machine (1), à une vitesse d'introduction réglable, déterminée en fonction de la vitesse d'introduction des autres composants de la matière plastique et du rapport que doit avoir ce composant avec les autres composants de la matière plastique. 13 Machine (1) de transformation de matières plastiques destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif (12) permettant d'alimenter en continu la matière première (10). 14 Machine (1) selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs paires de roues (12), galets ou rouleaux entraînés en des sens inverses, entre lesquels passe cette matière première (10). Machine (1) selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif (12) de fractionnement de la matière première (10). 16 Machine (1) selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'au moins un dispositif de fractionnement de la matière première (10) comprend une ou plusieurs paires de roues (12), galets ou rouleaux à dents plus ou moins acérées, engrenant ou non l'un avec l'autre, entre lesquels passe la matière première (10). 17 Machine (1) selon l'une des revendications 13 à 16 caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de pilotage, de préférence électrique ou électronique, de la vitesse d'introduction du ou des matériaux sous forme allongée. 18 Machine (1) selon la revendication 17, caractérisée en ce que le pilotage est asservi à la vitesse ou au débit de la machine (1) de transformation afin notamment de respecter des compositions en pourcentage de la matière globale obtenue à la sortie de la machine (1) de transformation. 19 Machine (1) selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'ouverture, par exemple de refendage, d'une gaine que comprend la matière première (10) selon l'invention, et un dispositif de récupération, par exemple d'enroulement en continu, et d'évacuation de cette gaine.