Brevet FR2916383A1 — publié le 20081128

DISPOSITIF ET PROCEDE D'AMELIORATION DE L'ETAT DE SURFACE DES PRODUITS D'EXTRUSION [001] L'invention concerne le domaine de fabrication de produits caoutchoutés et en particulier, celui de la mise en oeuvre de ces produits par extrusion. Les procédés de ce type se caractérisent, entre autre chose, par le passage du matériau caoutchoutique au travers d'une filière de mise en forme disposée en aval d'un dispositif de mise sous pression. [002] Il s'avère que, pour certains types de matériaux, cette étape d'extrusion présente des difficultés. Ces matériaux particuliers, que l'on qualifie de décohésifs, supportent mal les contraintes de cisaillement de surface lors de leur passage dans une filière de mise en forme, en particulier lorsque la pression de surface est faible. [003] On observe alors des rupture ou des déchirements à la surface du produit, et ces ruptures se propagent plus ou moins profondément à l'intérieur du matériau. Ces ouvertures, qui apparaissent dans les zones du produit où les gradients de pression sont les plus importants, peuvent pénaliser la qualité du produit en raison du fait que la cicatrisation des ces déchirures n'est pas totalement réalisée pendant l'étape de vulcanisation, et que ces blessures superficielles sont alors susceptibles de réapparaître pendant l'usage du produit final, ce qui en réduit d'autant la durée de vie. La taille des ouvertures peut aller de quelques dixièmes de millimètres (1 à 2 dixièmes de millimètres) seuil en dessous duquel on considèrera que leur influence sur la qualité du produit final est négligeable à plusieurs millimètres (5 à 10 millimètres) seuil au-delà duquel on considère que la matériau est impropre à un usage industriel. [004] Plus précisément, lors de l'extrusion par un outillage comprenant des pièces statiques, il existe une zone située vers l'extrémité de l'outillage et située vers la sortie de la filière, en considérant le sens de l'écoulement, dans laquelle le matériau continue de subir un cisaillement de surface, alors que la pression d'extrusion est pratiquement nulle. Il en résulte que les contraintes de cisaillement de surface qui s'exercent sur le matériau au contact de la paroi de la filière vont entraîner la décohésion du mélange en surface et provoquer les déchirures décrites ci-dessus. Ce phénomène s'aggrave lorsqu'on augmente la vitesse d'extrusion en raison de l'augmentation des contraintes de cisaillement. [5] Ces matériaux de type décohésif sont largement employés dans l'industrie du pneumatique, par exemple pour la réalisation des bandes de roulement de pneumatiques hiver destinés aux véhicules de tourisme. [6] Aussi, la mise en oeuvre industrielle de ces matériaux, en particulier pendant l'étape d'extrusion, nécessite d'adapter le processus de fabrication pour tenir compte des difficultés énoncées ci-dessus. [7] Une première disposition, dont l'impact économique n'est pas négligeable, consiste à diminuer fortement le débit d'extrusion de manière à retarder l'apparition de ce phénomène. Il est également possible de modifier la section des profilés pour réduire les variations de pression. Enfin, il convient de soigner particulièrement le conditionnement des produits intermédiaires en raison des risques de pollution des ouvertures. [8] Toutes ces mesures ne sont pas sans impact sur le coût de revient de mise en oeuvre de ces matériaux. L'invention a pour objet d'apporter une solution originale permettant entre autre de réduire les effets négatifs évoqués ci-dessus. [9] Le dispositif d'extrusion d'un matériau caoutchoutique selon l'invention comprend un premier moyen apte à délivrer ledit matériau à une pression et à un débit donné au travers d'une filière d'extrusion, dont les parois définissent la section du produit final. Ce dispositif se caractérise en ce que, au moins une des parois de la filière est fixe, et comprend au moins une fente disposée en amont de la sortie, transversalement à la direction du flux de matériau caoutchoutique. Ladite fente est reliée à une chambre de distribution raccordée à un deuxième moyen apte à délivrer un matériau lubrifiant sous une pression et un débit déterminé de manière à déposer, lorsque le dispositif est en fonctionnement, une fine couche de matériau lubrifiant sur la surface dudit matériau caoutchoutique. [10] En choisissant judicieusement la nature du matériau lubrifiant, il est possible d'éviter les inconvénients liés à la nature décohésive du matériau caoutchoutique du matériau que l'on cherche à extruder. En effet, seule la couche superficielle subit les effets du cisaillement de surface au moment du passage dans la filière d'extrusion, et le matériau caoutchoutique conserve alors sa cohésion. [011] L'invention concerne également le procédé de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention et les applications multiples qu'il est possible d'envisager. [012] En effet, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour des applications différentes de celles décrites ci-dessus et dans lesquelles on cherche par exemple à augmenter le débit d'extrusion et où il peut s'avérer utile d'améliorer le glissement de la surface du produit à extruder par rapport aux parois de la filière, ou encore lorsque l'on cherche à coextruder des matériaux différents. [013] La description qui suit s'appuie sur un exemple particulier de mise en oeuvre de l'invention et sur les figures 1 à 6 dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique en perspective d'une lame amovible profilée, - la figure 3 représente une vue schématique en perspective de la lame profilée et de la chambre de mise en pression du matériau lubrifiant, la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un profilé caoutchoutique réalisé avec le dispositif selon l'invention, - la figure 5 représente une première variante de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 6 représente une seconde variante de réalisation du dispositif selon l'invention. [014] Le dispositif selon l'invention représenté de manière schématique à la figure 1 comprend un premier moyen 1 d'extrusion de matériau caoutchoutique comprenant une vis d'extrusion 11 placée dans un fourreau 12 et entraînée en rotation par un moteur (non représenté). De manière connue, ce premier moyen est apte à délivrer un mélange caoutchoutique sous une pression et à un débit donné dans une chambre 13 délimitée par une voûte 33 et, dans le cas de l'exemple de mise en oeuvre choisi, par la surface 41 d'un rouleau rotatif 4. [15] Sous l'effet de la pression et de l'action du rouleau, le mélange caoutchoutique est entraîné vers la filière de sortie 34. Les parois de la filière sont formées par la paroi 37 d'une lame amovible 3, et par la surface extérieure 41 du rouleau 4. La longueur de la filière est notée F. La paroi 37 de la lame 3 est fixe par rapport au rouleau pendant l'extrusion. De manière également connue, le profil de la lame amovible 3 est ajusté de manière à définir la géométrie du profil transversal de la bande de caoutchouc obtenue, et tel que représenté de manière schématique à la figure 4. [16] La lame 3 comporte une fente 32 disposée transversalement par rapport à la direction du flux. La largeur l de la fente dans la direction longitudinale, c'est-à-dire dans la direction du flux de sortie du matériau principal, est de l'ordre de quelques dixième de millimètres, typiquement 0,1 à 0,4 mm, et peut, dans certains cas, être supérieure au millimètre dans des applications particulières du dispositif, telles que celles qui seront décrites dans les paragraphes suivants. [17] La fente 34 peut courir tout le long du profil transversal de la lame, ou sur une partie seulement de ce profil, selon que l'on souhaite lubrifier tout ou partie du dos du profilé caoutchoutique à extruder. [18] On peut également envisager de faire varier la largeur l de la fente le long du profil transversal, de manière à faire varier localement la quantité de lubrifiant déposée sur le matériau à extruder. [019] La fente 32 est reliée à une chambre de distribution et de mise en pression 31, qui est elle-même reliée par un conduit 21 à un second moyen 2, apte à délivrer un matériau lubrifiant sous une pression et un débit déterminé. Typiquement ce second moyen 2 peut être une extrudeuse de type connu telle qu'une micorextrudeuse formée d'une vis montée à rotation dans un fourreau, lorsque le lubrifiant choisi est de nature caoutchoutique, ou encore une pompe, lorsque le lubrifiant employé est plus fluide. [20] Avantageusement, la chambre de répartition 31 sera équipée d'un moyen de mesure de la pression relié à un moyen de régulation du deuxième moyen 2, de manière à ajuster de manière précise le débit de fuite du matériau lubrifiant. [21] Les figures 2 et 3 représentent des vues schématiques en perspective de la lame amovible et de sa construction. [022] Selon la figure 3, la lame 3 est formée de deux parties 35 et 36 maintenues l'une contre l'autre par des vis de serrage 37. La chambre de répartition 31 et la fente 32 sont réalisées simplement par enlèvement de matière sur une des deux faces du plan de jonction des pièces 35 et 36. [023] La figure 3 permet de visualiser, en pointillé, la chambre de répartition 31 et la fente 32. [24] La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un profilé de nature caoutchoutique P réalisé avec le dispositif décrit ci-dessus. La géométrie du profil supérieur du profilé est donnée par le profil de la lame amovible 3. Le matériau lubrifiant L est déposé à la surface du profilé. [25] Lorsque le lubrifiant est également un matériau de nature caoutchoutique il s'avère intéressant de choisir alors un matériau de même formulation que le matériau caoutchoutique principal, de nature décohésive ou pas, auquel on ajoute des agents de mise en oeuvre ou de processabilité . Ces agents sont susceptibles, de manière connue, grâce à une amélioration de la dispersion de la charge dans la matrice de caoutchouc et à un abaissement de la viscosité des compositions, d'améliorer la faculté de mise en oeuvre du matériau à l'état cru c'est-à-dire à l'état non vulcanisé ; Ces agents sont par exemple des silanes hydrolysables tels que des alkylalkoxysilanes, des polyols, des polyéthers, des amines primaires, secondaires ou tertiaires, des polyorganosiloxanes hydroxylés ou hydrolysables. [26] De cette manière. seule une fine épaisseur e de la surface du profilé est recouverte dudit matériau lubrifiant L, ce qui permet de ne pas modifier les propriétés générales du profilé lorsque ce dernier est disposé à sa place définitive en particulier lors de la réalisation d'une ébauche de pneumatique. On observera que, dans le cas où le profilé P est destiné à former la bande de roulement d'un pneumatique, cette fine couche étant de même nature que le matériau principal, les propriétés d'adhérence sont inchangées pendant le temps nécessaire à l'usure de ladite couche. [27] Lorsque le matériau principal est un matériau décohésif et le lubrifiant un matériau de nature caoutchoutique, de bons résultats ont été obtenus en fixant l'épaisseur e de matériau lubrifiant 1 à une valeur comprise entre 0, 2 et 0,5 mm, selon le type de matériau utilisé. En effet, en dessous d'une valeur de 0,2 mm environ, on peut observer à nouveau l'apparition des craquelures en surface du profilé lorsque le matériau principal est de nature décohésive. [28] Une autre possibilité consiste à utiliser un lubrifiant formé par un mélange d'eau et d'huile en émulsion. Dans ce cas, le lubrifiant est évacué dans l'étape suivant l'étape d'extrusion à l'aide d'un moyen connu, tel qu'une rampe de soufflage ou un jeu de balais d'essorage. [29] Les figures 5 et 6 montrent deux autres formes particulières de mise en oeuvre de l'invention. [030] La figure 5 illustre de manière schématique le cas où toutes les parois de la filière 34 sont fixes, comme cela est le cas des extrudeuses dites à nez plat. Dans cette configuration, les phénomènes de cisaillement de surface se manifestent sur toutes les faces de la filière. Il est alors possible de disposer une première fente d'injection de matériau lubrifiant 32a sur la partie supérieure de la filière 34, et une seconde fente d'injection ;32b, sur la partie inférieure de la filière, chacune de ces fentes étant en communication avec une chambre de répartition, respectivement 31a et 31b, lesdites chambres étant elles-mêmes reliées à un deuxième moyen d'alimentation, respectivement 2a et 2b. [31] Il est alors possible de déposer le matériau lubrifiant sur la face supérieure et sur la face inférieure du profilé, et de limiter les phénomènes de cisaillement de surface décrits ci-dessus lorsque le matériau principal est un matériau décohésif. [32] L'exemple de mise en oeuvre de l'invention illustré à la figure 6 est celui d'un dispositif dans lequel on désire déposer deux couches fines de lubrifiant différents superposées ou décalées dans le sens transversal. Dans ce cas la lame amovible 3 comporte deux fentes, respectivement 32a et 32b, placées l'une à la suite de l'autre dans la direction longitudinale, chacune de ces fentes étant reliée à une chambre de répartition, respectivement 31a et 31b, lesdites chambres étant elles-mêmes reliées à un deuxième moyen, respectivement 2a, 2b. [33] Comme cela a été évoqué ci-dessus, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour d'autres applications que l'application concernant le cas de l'extrusion de mélanges décohésifs. [34] Ainsi, il est possible de déposer des matériaux de natures très différentes pour 5 réaliser des profilés largement utilisés dans l'industrie du pneumatique. [35] Cela peut être le cas, par exemple, lorsque l'on souhaite réaliser des pneumatique dont un des flans supporte un motif de couleur, et pour lesquels on désire déposer une couche de gomme, dite gomme écran, en dessous de la gomme de couleur de manière à éviter les migrations des produits contenus dans le flanc vers la gomme de couleur. Dans 10 ce cas particulier, les produits sont superposés les uns sur les autres sur une largeur donnée, et les épaisseurs peuvent être supérieures au millimètre. [36] Il est également possible de décaler transversalement les fentes 32a et 32b de manière à déposer des compositions caoutchoutiques de nature ou de couleur différentes. [37] On obtient alors un produit présentant les mêmes caractéristiques qu'un produit 15 réalisé selon un procédé de coextrusion classique comprenant plusieurs moyens d'extrusion débouchant dans une même voûte. Ce résultat peut être atteint avec un dispositif selon l'invention en ne modifiant que la seule partie de la lame amovible d'une extrudeuse classique ne comportant qu'une seule vis d'extrusion. 20 REVENDICATIONS 1) Dispositif d'extrusion d'un matériau caoutchoutique comprenant un premier moyen (1) apte à délivrer ledit matériau caoutchoutique sous une pression et à un débit donné au travers d'une filière (34) d'extrusion, dont les parois (37, 41) définissent la section du produit final (P), caractérisé en ce qu'au moins une des parois de la filière (37) est fixe, et comprend au moins une fente (32) disposée en amont de la sortie et transversalement à la direction du flux de matériau caoutchoutique, ladite fente (32) étant reliée à une chambre de distribution (31) raccordée à un deuxième moyen (2) apte à délivrer un matériau lubrifiant sous une pression et un à débit déterminé, de manière à déposer, lorsque le dispositif est en fonctionnement, une fine couche de matériau lubrifiant (L) sur la surface dudit matériau. 2) Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la fente (32) a une largeur (1) comprise entre 0, 2 et 0,4 mm. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel la fente (32) est disposée dans une lame amovible (3) dont la paroi (37), dans laquelle débouche ladite fente (32), forme une des parois de la filière (34) 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel une autre paroi (41) de la filière est mobile. 5) Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la paroi mobile (41) est formée par la surface d'un rouleau rotatif (4). 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le deuxième moyen (2) est apte à délivrer un matériau de nature caoutchoutique. 7) Procédé d'extrusion d'un matériau caoutchoutique (P), dans lequel on délivre ledit matériau caoutchoutique sous pression et à un débit donné au travers d'une filière (34) dont les parois (37, 41) sont destinées à conférer au produit sa section finale, au moins une des parois de la filière étant fixe (37) et comprenant une fente 8 transversale (32), reliée à une chambre de distribution (31) raccordée à un deuxième moyen (2) apte à délivrer un matériau lubrifiant sous une pression et à un débit déterminé caractérisé en ce qu'on dépose à la surface dudit matériau caoutchoutique une couche de lubrifiant (L) sous pression par l'intermédiaire de la fente transversale (32). 8) Procédé selon la revendication 7, dans lequel le matériau caoutchoutique est décohésif. 9) Procédé selon la revendication 8 dans lequel le matériau de lubrification est également un matériau de nature caoutchoutique. 10) Procédé d'extrusion selon la revendication 9, dans lequel l'épaisseur (e) de matériau lubrifiant est comprise entre 0,2 et 0,4mm. 11) Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel le lubrifiant utilisé est un matériau caoutchoutique de même formulation que le matériau principal, comprenant en plus des agents de mise en oeuvre choisis parmi les agents tels que des silanes hydrolysables, des alkylalkoxysilanes, des polyols, des polyéthers, des amines ou des polyorganosiloxanes. 12) Procédé selon la revendication 7 dans lequel le lubrifiant est un mélange d'eau et d'huile en émulsion.20