Brevet FR2912340A1 — publié le 20080815

La présente invention concerne le mode de conception et de réalisation de plaques de grandes dimensions et de fortes épaisseurs en mousse à base d'amidon expansé composées de joncs hexagonaux formant une structure en nid d'abeille. On connaît un nombre important de procédés pour les réalisations des plaques en mousses expansées souvent synthétiques et par des procédés thermo chimiques et d'extrusion, mais aucun de ces procédés n'autorise la réalisation d'une plaque en mousse à base d'amidon expansé qui est en une structure de nid d'abeille et de grandes dimensions et fortes épaisseurs. En fait, il est possible de réaliser de la mousse 15 d'amidon expansé à partir d'une extrudeuse. Ce procédé nécessite une mise à très forte pression de la matière comprise entre 80 et 120 bars suivie d'une brutale détente à la pression atmosphérique en sortie d'une filière calibrée. 20 Toutefois ce type de machine ne peut atteindre une puissance qui permettrait une extrusion de grandes dimensions. La limite connue à ce jour se situe dans l'extrusion d'un ruban de mousse d'amidon de l'ordre 25 de 20 centimètres de largeur sur 1 centimètre d'épaisseur. Il est à remarquer que cette dimension d'extrusion présente déjà ses limites par l'évacuation nécessaire et instantanée de la vapeur 30 d'eau de la mousse en sortie de filière. D'autre part, une section trop importante de la filière, provoque des passages préférentiels en sortie de filière qui induisent des variations d'expansion (pression, vitesses) en divers points. 35 Suite à ces problèmes de vapeur à évacuer, de pression et vitesses variables, on constate des rétreints indésirables de la mousse qui se produisent instantanément en sortie de filière et le produit se déforme dans toutes directions. Enfin, en sortie de filière, la vitesse du produit est de l'ordre de 2 mètres par seconde. Il est donc très difficile de guider un produit expansé qui se déforme de façon aléatoire dans toutes les directions. Les rubans de mousse d'amidon ainsi obtenus sont donc très difficilement exploitables. D'autre part, nous souhaitons obtenir une mousse à base d'amidon expansé mais qui pourra comporter pour des raisons techniques du produit final à obtenir, un certain pourcentage d'autres composants en additifs. Dans ce cas, la capacité d'expansion diminue brutalement suivant les composants et les pourcentages d'additifs utilisés. Cette diminution d'expansion par incorporation d'additifs est principalement liée à une diminution de la capacité de dilatation des gaz en sortie de filière notamment par un refroidissement trop rapide. La présente invention a pour but de remédier à tous ces handicaps afin de réaliser des plaques de grandes dimensions et de fortes épaisseurs en mousse à base d'amidon expansé composées de joncs hexagonaux formants une structure en nid d'abeille. La présente invention est remarquable en ce que : -- elle consiste à réaliser la plaque à partir de l'extrusion en continu d'un jonc de mousse à base 30 d'amidon expansé. -- pour éviter tous les handicaps (évacuation vapeur, variation de vitesses, pression, surpuissance machine) le jonc est d'une section pleine dont le diamètre acceptable est d'environ 35 3cm maximum -• le jonc est extrudé suivant une forme de section parfaitement symétrique en tous points de son centre. - le jonc qui est extrudé en continu est ensuite coupé successivement en des longueurs identiques. - les longueurs identiques de ces joncs sont ensuite assemblées par un collage longitudinal et tangentiel entre les joncs. -pour obtenir un collage tangentiel surfacique et total entre plusieurs joncs assemblés, il convient d'extruder ces joncs suivant une forme de section hexagonale. - cette forme hexagonale est parfaitement symétrique en tous points de son centre, elle caractérise généralement la forme appelée nid d'abeille. - pour assembler ces joncs hexagonaux on extrude le 1[5 jonc de façon à ce qu'il présente deux sommets (de sa section hexagonale) dans un axe vertical et donc ainsi deux faces latérales plates (ou cotés) suivant un axe horizontal. 20 La présente invention est alors remarquable en ce que - en ayant assemblé et collé les longueurs de joncs hexagonaux de façon longitudinale et par leurs deux faces ou cotés plats latéraux suivant un 25 plan horizontal on réalise une première couche. - en empilant successivement les couches de façon décalée d'une demie section de jonc (pour rendre jointives toutes les faces hexagonales des joncs entre deux couches), on réalise une deuxième ..0 couche assemblée à la première. - par plusieurs couches assemblées on réalise un volume composé de joncs hexagonaux. 35 La présente invention est alors remarquable en ce que - le volume réalisé est alors un bloc constitué de joncs hexagonaux assemblés suivant chacun de ces trois axes : longitudinal, horizontal et vertical. Les dimensions du bloc sont alors caractérisées en ce que : l.0 - pour sa longueur : elle est de la longueur de coupe des joncs - pour sa largeur : elle est le nombre de joncs assemblés latéralement de plat à plat dans une couche horizontale 15 - pour sa hauteur : elle est le nombre de couches empilées verticalement. La présente invention est remarquable en ce que : - les dimensions composant le volume de ce bloc ne sont pas limitées par la capacité et la puissance 20 de l'extrudeuse et peuvent atteindre plusieurs mètres dans chacune des dimensions du bloc (hauteur, largeur, longueur). - ainsi il sera alors possible de découper ce bloc dans sa longueur par tranches successives pour 25 obtenir des plaques de forte épaisseur en mousse à base d'amidon. D'autre part, la présente invention est remarquable en ce que : 30 - par une coupe transversale et perpendiculaire à l'axe longitudinal des joncs, donc du bloc, on peut alors obtenir une plaque de forte épaisseur qui présente une structure en nids d'abeille par les multiples sections de coupes transversales 35 des joncs hexagonaux assemblés. Toutefois, pour un assemblage parfait des joncs, il convient d'obtenir : -un parfait état de surface du jonc - un calibrage constant et régulier de la section hexagonale du jonc - une parfaite expansion à la forme hexagonale de la mousse du jonc. Hors, nous savons que l'expansion de l'amidon se fait en sortie de filière par une brutale détente des gaz et vapeurs à la pression atmosphérique. La filière ne peut garantir un état de surface et un calibrage hexagonal régulier et acceptable. Nous savons également que la vitesse du jonc en sortie d'extrudeuse est de l'ordre de deux mètres par seconde et que la température est de l'ordre de 148 C (température de fusion des granules d'amidon). D'autre part, l'amidon atteint son expansion maximale dans les trois dixième de seconde après sa sortie de filière, instant où la perte en vapeur d'eau et l'abaissement de la température fixe définitivement la matière amidon dans son réseau cristallin. Il convient donc de réaliser une expansion maximum, de calibrer le jonc lors de cette expansion et d'obtenir son état de surface pendant cette période d'expansion durant laquelle le jonc aura parcouru environ 0,6 mètre. A ce stade de la mise en oeuvre, l'invention est remarquable en ce que : -. en sortie filière, le jonc est injecté dans une chambre d'expansion calibrée à la forme hexagonale à réaliser. - cette chambre d'expansion calibrée est soumise à un important champ d'ondes électromagnétiques (micro ondes) qui par cette forte énergie intensifie instantanément la dilatation des gaz contenus et augmente la capacité d'expansion de la mousse de façon à plaquer celle-ci contre les parois de la chambre d'expansion calibrée. -• cette chambre d'expansion est constituée par un matériau poreux permettant le passage de l'air, des vapeurs et des ondes électromagnétiques tel qu'un aggloméré de téflon. - le matériau poreux de la chambre d'expansion résiste à une température supérieure à 150 C. en différents points et sections de la longueur de la chambre d'expansion calibrée on injectera dans le matériau poreux de l'air sec sous pression afin de créer un coussin d'air entre le jonc en expansion et les parois de la chambre. - en différents autres points et section de la longueur de la chambre on mettra en dépression le matériau poreux afin d'évacuer les vapeurs. - les zones de pression et dépression seront successives pour conserver le coussin d'air dans un volume constant. -l'air injecté sera dans une plage de températures comprises entre 100 C et 110 C pour éviter le risque de condensation en eau des vapeurs dégagées. A ce stade, la présente invention est remarquable en ce que . - en sortie de la chambre d'expansion calibrée, on obtient un jonc à base d'amidon expansé qui est parfaitement lisse en surface et calibré en une section hexagonale constante. Toutefois, le jonc de mousse d'amidon est encore 30 à une température de l'ordre de 100 C, il est donc encore souple et déformable. Il convient alors de refroidir le jonc de sorte à ce qu'il devienne parfaitement rigide et rectiligne. 35 La présente invention est remarquable en ce que : - la chambre d'expansion calibrée expulse et introduit le jonc hexagonal dans un conformateur dynamique de refroidissement parfaitement aligné. - ce conformateur dynamique de refroidissement sera composé de cinq courroies disposées en étoile hexagonale pour accompagner en course aller le défilement de chacune des faces hexagonales du jonc d'amidon. - la largeur de chaque courroie sera égale au plat (coté) du jonc hexagonal, les courroies seront donc jointives sur leurs tranches. - les courroies seront métalliques pour un bon échange thermique et seront entraînées par des poulies motrices disposées en étoile hexagonale suivant des angles de 600 ce qui correspond aux angles de chacun des sommets d'une section hexagonale. - on soufflera en permanence un jet d'air froid sur la course retour des courroies et les poulies d'entraînement. - le jonc d'amidon sera alors refroidi par le contact des courroies métalliques. la vitesse de défilement des courroies sera égale à la vitesse du jonc en tous points. Toutefois, il est nécessaire de réduire progressivement et très légèrement la vitesse de défilement des courroies pour tenir compte du léger rétreint en longueur du jonc d'amidon lors de son refroidissement. Une vitesse constante des courroies pendant le 30 refroidissement du jonc provoquerait des craquelures de rétreint à la surface du jonc. D'autre part, réduire la vitesse d'une courroie pour compenser le rétreint provoquerait un bourrage en entrée du conformateur de refroidissement. 35 Il sera réalisable, voir même indispensable, en ce que le conformateur de refroidissement stabilisateur du jonc d'amidon expansé soit en réalité une suite ou un train de plusieurs conformateurs successifs. La vitesse des courroies accompagnatrices de chaque conformateur sera progressivement légèrement inférieure à la vitesse des courroies du conformateur le précédant et ceci 5 afin de compenser le rétreint en longueur du jonc d'amidon lors son refroidissement. Ainsi la présente invention est remarquable en ce que 10 - le conformateur dynamique de refroidissement est un train de multiples conformateurs successifs et alignés. - la vitesse de défilement des courroies du premier conformateur dynamique de refroidissement est l5 égale à la vitesse de défilement du jonc en sortie de la chambre d'expansion calibrée. - la vitesse de défilement des courroies de chaque conformateur en aval du précédent est égale à la vitesse de défilement des courroies du 20 conformateur amont moins la résultante d'une mesure de vitesses compensant le rétreint du jonc d'amidon refroidit sur sa longueur de passage. Ensuite, suivant la présente invention, il convient de réaliser par coupes successives la mise à 25 longueur désirée des joncs. Cette opération de coupe doit s'effectuer sur un jonc défilant à une vitesse de 2 mètres par seconde. La coupe mécanique par le passage d'une lame à haute vitesse est ordinairement utilisée dans les 30 applications des chips extrudées en agroalimentaires. Cette coupe mécanique implique une éjection latérale par le frottement du passage de la lame et cela ne peut être retenu pour conserver le parfait alignement et la forme rectiligne du jonc. 35 La présente invention est remarquable en ce que : - la coupe sera donc assurée à la volée et au moindre contact tel que par un rayon laser ou jet d'eau hyper bars afin de ne pas bloquer ni de déformer le jonc dans son défilement. la coupe sera exécutée en diagonale accompagnatrice à la vitesse du jonc pour obtenir une section de coupe droite et perpendiculaire à l'axe longitudinal du jonc. Toutefois, avant de couper une longueur de ce jonc, il aura fallu envisager de récupérer cette partie du jonc réalisée avant coupe. La présente invention est remarquable en ce que : - en sortie du train de conformateurs de refroidissement le jonc est directement introduit dans un dispositif spécifique. - ce dispositif spécifique est composé d'une colonne d'aspiration fixe et de deux longueurs de tubes jointives dans lesquels circule une forte aspiration d'air en dépression et à haute vitesse. - la vitesse de l'air en aspiration est de plusieurs fois supérieure à la vitesse du jonc en cours d'extrusion. - la coupe est réalisée entre la sortie du dernier conformateur de refroidissement et l'entrée de la colonne d'aspiration fixe. - la coupe est réalisée lorsque le jonc en défilement a atteint la longueur désirée. L'invention est donc particulièrement remarquable 30 en ce que : - le jonc coupé à longueur est alors libéré de toute attache et aspiré librement dans la colonne d'aspiration. La vitesse de l'air d'aspiration accélère de plusieurs fois la vitesse de 35 défilement du jonc en cours d'extrusion (soit dans le mode préférentiel de huit mètres par seconde). - Cette différence de vitesses provoque et crée un espace conséquent entre le jonc en cours d'extrusion et le jonc qui est aspiré et coupé à longueur. Nous appellerons cet espace : espace différentiel d'aspiration -. Cet espace différentiel d'aspiration peut ainsi être mis à profit pour récupérer successivement en sortie de la colonne d'aspiration et en parfait alignement les longueurs de jonc dans un dispositif alternatif de récupération. A ce stade, la présente invention est remarquable en ce que le dispositif alternatif de récupération est constitué de : -. deux longueurs mobiles constituées d'un dispositif de deux tubes d'aspiration parallèles . -un chariot sur lequel sont assemblés les deux tubes d'aspirations parallèles. - un dispositif de translation qui actionne alternativement de gauche à droite le chariot de tubes suivant chaque période d'espacement de coupe de jonc. Pour compléter ce dispositif innovant de la présente invention il est remarquable en ce que : - la colonne d'aspiration fixe, dite colonne d'espacement de jonc, est d'une longueur pour le moins égale à l'espace à créer entre le jonc coupé et le jonc en cours d'extrusion. - les deux tubes d'aspiration montés sur le chariot viennent se présenter alternativement de façon jointive et alignée à la colonne d'aspiration pour récupérer successivement les longueurs de jonc coupés. - la longueur des deux tubes d'aspiration parallèle sera au moins égale à la longueur du jonc coupé. A ce stade, la présente invention est remarquable en ce que : -. la section intérieure, de la colonne d'aspiration ou des tubes d'aspiration, est hexagonale, elle est légèrement supérieure à celle du jonc pour permettre un libre passage coulissant du jonc sur un coussin d'air d'aspiration. - le jonc aspiré est maintenu en anti-rotation par le guidage libre et coulissant de la forme hexagonale. A ce stade, l'invention est remarquable en ce que nous récupérons successivement, par chacun des deux tubes d'aspiration et suivant le positionnement gauche ou droite du chariot, les longueurs des joncs hexagonaux en mousse d'amidon qui sont parfaitement calibrés et positionnés avec deux sommets angulaires de la section hexagonale dans un axe vertical. - il convient alors d'éjecter alternativement et successivement chaque jonc récupéré par chaque tube d'aspiration afin de les assembler par collage latéral sur chaque plat latéral d'un jonc éjecté précédemment. - cette opération d'éjection demande un certain temps qu'il convient de réaliser en temps masqué pendant que la longueur du jonc suivant est en récupération dans le deuxième tube d'aspiration. .30 Ainsi la présente invention est remarquable en ce que - plus la longueur du jonc est importante, plus nous disposons de temps pour assembler par 35 collage le jonc récupéré au jonc précédent éjecté de ce même tube, étant entendu que le jonc en cours de production est récupéré pendant ce temps par l'autre tube d'aspiration parallèle. ainsi, lors d'une production à deux mètres seconde et pour un jonc de huit mètres, nous disposerons de quatre secondes de temps masqué pour l'assemblage et le collage du jonc. •-cette longueur est particulièrement intéressante car elle nous permet de réaliser des blocs de très grandes dimensions ce qui limite la valeur des pertes des coupes des entames du bloc lors de la découpe en plaques. --d'autre part, il est imaginable de réaliser un bloc d'une longueur et d'un volume égal à celui d'une caisse de camion (pour des logistiques de découpes de plaques délocalisées). A ce stade la présente invention est remarquable en ce que : -. chaque tube d'aspiration comporte un capteur de fin de course du jonc qui indique que la longueur de jonc est prête à être éjectée et collée au jonc précédent. il convient donc d'éjecter latéralement le jonc sur toute sa longueur en le maintenant parfaitement de façon rectiligne. Ainsi suivant la présente invention, chaque tube d'aspiration est fendu sur toute sa longueur suivant un axe longitudinal découpé en trois arcs angulaires pour réaliser trois parties différentes que nous appellerons : demie coque ou quart de coque 30 pour chacune des parties soit : -une demi-coque dite : d'éjection collage décrivant un arc de 180 - un quart de coque dite : d'ouverture haute décrivant un arc de 45 35 -un quart de coque dite : d'ouverture basse décrivant un arc de 45 Chaque coque est ainsi disposée dans un sens horlogique suivant sa position droite ou gauche de chacun des deux tubes d'aspiration : - pour le tube de gauche : - une demi-coque dite : d'éjection- collage de 12H00 à 6 H 00 - un quart de coque dite : d'ouverture haute de 9H00 à 12H00 - un quart de coque dite : d'ouverture basse de 6H00 à 9H00 -pour le tube de droite : - une demie coque dite : d'éjection- collage de 6H00 à 12H00 - un quart de coque dite : d'ouverture haute de 12H00 à 3H00 un quart de coque dite : d'ouverture basse de 3H00 à 6H00 Chaque coque est mobile et est munie d'un dispositif de translation suivant son axe particulier de mobilité . - coque d'éjection collage : mobilité en translation latérale horizontale - coque d'ouverture haute : mobilité en translation verticale haute ou montante - coque d'ouverture basse : mobilité en translation verticale basse ou descendante A ce stade la présente invention est remarquable 30 en ce que . - un dispositif d'aspiration complémentaire et spécifique est également incorporé à la paroi de la coque d'éjection collage. Ce dispositif particulier permet de maintenir le jonc en 35 contact avec la coque d'éjection collage pendant l'ouverture des deux coques d'ouverture et la période de translation avant de la coque d'éjection collage et cela jusqu'au collage du jonc au jonc précédent. Ainsi suivant la présente invention, le capteur de fin de course du jonc déclenche successivement les fonctions suivantes : arrête l'aspiration des tubes d'aspiration déclenche l'aspiration de la coque dite d'éjection 1.0 ouvre par les dispositifs de translation chaque coque d'ouverture haute et basse. translate latéralement en course avant la coque d'éjection collage maintient l'aspiration jusqu'en fin de course 1. 5 avant de la coque d'éjection collage arrête l'aspiration de la coque d'éjection collage en fin de collage retour en positions initiales de repos de toutes les fonctions préalables. 20 A ce stade la présente invention est remarquable en ce que : nous avons éjecté et collé le jonc pendant qu'un deuxième jonc était en préparation dans un tube 25 d'aspiration parallèle. Il convient de préciser que suivant la présente invention : l'application de la colle est réalisée 30 préalablement (en temps masqué) sur le plat du jonc précédemment éjecté et qui est en attente de façon maintenue. que tous les joncs ainsi collés forment une couche de joncs assemblés par les plats latéraux. 35 - que cette couche sera coupée longitudinalement lorsque celle-ci aura atteint une dimension égale à la largeur du bloc. -que les couches seront assemblées par collages successifs des couches jusque la hauteur désirée du bloc. - que les tubes d'aspiration (gauche ou droite) construisent indépendamment et simultanément des couches (gauche ou droite) identiques de joncs assemblés par leurs plats latéraux. Ainsi la présente invention est remarquable en ce 10 que pour qualifier et résumer les principales innovations nous pouvons dire : - que les modes de conception et de réalisation de plaques de grandes dimensions et de fortes épaisseurs sont caractérisés en ce que le 15 matériau est une mousse à base d'amidon expansé structurée en nid d'abeille. -• que la mousse est constituée par des joncs hexagonaux de mousse d'amidon extrudé et expansé. -. que les joncs hexagonaux de mousse d'amidon 20 expansé sont assemblés et collés jointivement en un bloc de grandes dimensions. - que la plaque de forte épaisseur en mousse d'amidon est une coupe transversale du bloc de mousse de joncs d'amidon expansé. 25 - qu'en sortie de filière d'extrusion, le jonc de mousse d'amidon est injecté dans une chambre d'expansion calibrée à la forme hexagonale. - que le jonc est soumis à une forte énergie d'ondes électromagnétiques lors de son défilement 30 dans la chambre d'expansion calibrée. qu'en sortie de la chambre d'expansion, le jonc est introduit dans un train de conformateurs de refroidissement. -que le train de conformateurs de refroidissement 35 est constitué de courroies accompagnatrices dont la largeur de chaque courroie est celle de l'un des côtés de l'hexagone du jonc. - que la vitesse de défilement des courroies du train de conformateurs est successivement réduite de la valeur du rétreint du jonc. - qu'en sortie du train de conformateurs de refroidissement, le jonc est introduit dans une colonne d'aspiration fixe. - qu'en sortie de la colonne d'aspiration fixe, le jonc est introduit dans un dispositif constitué de deux tubes d'aspiration montés en parallèle. -que les deux tubes d'aspiration parallèles sont mobiles en translations alternatives latérales et horizontales. - que chaque tube d'aspiration parallèle est réalisé en trois parties composées de deux quarts de sections longitudinales et d'une demi-section longitudinale. - que chaque quart de sections longitudinales de chacun des tubes d'aspiration parallèles est muni d'un dispositif d'ouverture par translation verticale - que la demi-section longitudinale de chacun des tubes d'aspiration parallèles est munie d'un dispositif d'aspiration longitudinal du jonc intégré à la paroi. 30 35 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'éléments en mousse à base d'amidon expansé caractérisé en ce qu'il comprend la succession des étapes suivantes : réalisation de joncs de mousse à base d'amidon expansé, symétriques en tous points au partir de son centre, découpe de ces joncs au des longueurs identiques, assemblage par collage longitudinal et tangentiel de ces joncs de façon à obtenir une couche de joncs, et superposition par collage des couches de joncs aussi obtenues de façon à obtenir un bloc. 2. Procédé de fabrication d'éléments en mousse à base d'amidon extrudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on découpe le bloc ainsi obtenu transversalement de façon à obtenir des plaques. 3. Procédé de fabrication d'éléments en mousse à base d'amidon extrudé selon la revendication la 2, caractérisé en ce que l'on réalise le jonc par 15 extrusion avec une étape de expansion calibrée en sortie d'extrusion et une étape de conformation dynamique de refroidissement. 4. Dispositif de fabrication d'éléments en mousse à base d'amidon extrudé permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend : 20 une extrudeuse à très forte pression avec une filière, alimentée en notamment en amidon pour la réalisation d'un jonc en mousse à base d'amidon expansé, une chambre d'expansion calibrée du jonc en sortie de filière de l'extrudeuse,un conformateur dynamique de refroidissement du jonc en sortie de chambre d'expansion, des moyens de coupe à la volée du jonc en sortie de conformateur dynamique de refroidissement, et des moyens récupérateurs par aspiration des joncs coupés, et des moyens d'application de colle et d'assemblage de ces joncs. 5. Dispositif de fabrication d'éléments en mousse à base d'amidon extrudé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour soumettre le jonc à un important champ d'ondes électromagnétiques en sortie de la chambre d'expansion calibrée. 6. Dispositif de fabrication d'éléments en mousse à base d'amidon extrudé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le conformateur dynamique de refroidissement est à courroies mobiles et comprend un train de conformateurs successifs. 7. Dispositif de fabrication d'éléments en mousse à base d'amidon extrudé selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de coupe à la volée est sans contact, par laser ou jet d'eau hyperbare, orientés en diagonale. 8. Elément en mousse à base d'amidon expansé obtenu par la mise eu oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3 au moyen du dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que qu'il est constitué d'un bloc constitué de couches de joncs de mousse à base d'amidon expansés de section hexagonale, collés entre eux longitudinalement et tangentiellement, toutes les faces des joncs étant jointives, les différentes couches étant superposées et collées entre elles. 9. Elément en mousse à base d'amidon expansé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une plaque issue d'une coupe transversale du bloc, présentant une structure en nid d'abeilles.