Brevet FR2955523A1 — publié le 20110729

OUTILLAGE D'EXTRUSION POUR LA FABRICATION DE PROFILES EN MATIERE PLASTIQUE AVEC ELEMENTS DE RENFORCEMENT, PROCEDE DE MISE EN îUVRE ET PROFILES OBTENUS. L'invention est relative à un outillage d'extrusion pour la fabrication de profilés en matière plastique avec éléments de renforcement en une matière à haute résistance mécanique, notamment fibres de verre ou fibres de carbone ou autre fibre organique ou minérale, comprenant une filière avec un bloc d'entrée pour l'injection de la matière plastique, sous haute pression, dans des passages traversant des blocs successifs pour donner progressivement sa forme au profilé jusqu'à une ouverture de sortie au profil final, et un poinçon maintenu par des ailettes à l'intérieur des passages pour la matière plastique. L'invention a pour but, surtout, d'augmenter la rigidité du profilé tout en évitant un renforcement par des profilés métalliques créant des ponts thermiques, en particulier en menuiserie. L'invention vise également à assurer une diminution de la dilatation des profilés due à l'élévation de la température ambiante ou superficielle, notamment liée au rayonnement solaire. II a déjà été proposé de charger en fibres de verre un profilé en matériau thermoplastique, par co-extrusion au coeur. Il s'agit de fibres courtes et les propriétés mécaniques du profilé demandent à être encore améliorées. Selon l'invention, un outillage d'extrusion pour la fabrication de profilés en matière plastique, avec éléments de renforcement, du genre défini précédemment, est caractérisé : - en ce qu'il comporte un ou plusieurs canaux pour l'insertion de joncs continus 25 de renfort constituant les éléments de renforcement, - et en ce que ces canaux sont séparés, sur la majeure partie de leur trajet, des passages pour la matière plastique, et ne débouchent dans ces passages que dans une zone proche de la sortie où la pression de la matière plastique injectée est devenue suffisamment faible pour, qu'en l'absence de joncs, la 30 matière plastique ne s'infiltre pas dans les canaux, de sorte que cet outillage d'extrusion permet de passer d'une fabrication sans joncs de renfort à une fabrication avec joncs de renfort, et inversement, sans interruption. Les joncs de renfort sont avantageusement constitués de fibres en 35 une matière à haute résistance mécanique, en particulier fibres de verre et/ou de carbone, maintenues dans une matrice. L'invention consiste ainsi à insérer en ligne et en continu des joncs de fibres, organiques ou minérales, pendant l'opération d'extrusion du profilé en matière plastique, notamment en matière thermoplastique. Le ou les joncs de fibres, mono- ou multi filaments, traversent tout ou partie de la filière d'extrusion pour en ressortir enrobés par la matière plastique. La liaison entre le jonc et la matière plastique est principalement physique, induite par le retrait de la matière plastique et la rugosité du jonc. Une liaison chimique pourrait intervenir en prévoyant une matrice du jonc de renfort chimiquement compatible avec la matière plastique du profilé, notamment avec le polychlorure de vinyle (PVC). Avantageusement, les ouvertures d'entrée des canaux d'insertion de io joncs continus de renfort sont situées sur la face arrière de l'outillage ou sur les côtés. Les ouvertures d'entrée des canaux d'insertion peuvent être situées radialement à l'extérieur de l'orifice d'entrée de la matière plastique, et les canaux d'insertion comportent une partie arrière inclinée vers l'axe géométrique 15 de la tête pour passer radialement à l'intérieur du contour du profilé sans intersection avec les passages pour la matière plastique. De préférence, les canaux d'insertion débouchent dans une zone proche de la sortie formée par un élargissement radial vers l'intérieur des passages pour la matière plastique. Cette zone peut être située à une distance 20 (h) de la sortie présentant le moins de pression exercée sur la matière extrudée afin d'éviter le retour de matière dans les canaux. Les canaux d'insertion dans leur partie avant peuvent être sensiblement rectilignes et parallèles à l'axe géométrique de l'outillage d'extrusion. 25 Dans le cas d'un profilé à contour polygonal, les canaux d'insertion débouchent à l'intérieur du contour polygonal. L'invention est également relative à un procédé de fabrication de profilés en matière plastique avec éléments de renforcement en une matière à haute résistance mécanique, notamment en fibres de verre ou fibres de 30 carbone, mettant en oeuvre un outillage d'extrusion tel que défini précédemment, qui est caractérisé en ce que : - le début de fabrication est effectué sans insérer les joncs continus constituant les éléments de renforcement, - et l'insertion des joncs est réalisée lorsqu'un régime de sortie du profilé s'est 35 établi. Avantageusement, en cours de fabrication, l'insertion de joncs de renfort peut être arrêtée, pour produire un profilé sans éléments de renforcement, puis reprise, sans interruption de l'extrusion de la matière plastique. L'invention est également relative à un profilé en matière plastique obtenu avec un outillage d'extrusion tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un jonc continu de renfort, en une matière à haute résistance mécanique, notamment en fibres de verre ou en fibres de carbone, inséré dans la matière plastique. De préférence, le ou les jonc(s) de renfort sont situés à l'intérieur d'un contour polygonal et sont entourés de matière plastique. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec références aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. 1 est une coupe transversale schématique d'un profilé selon 15 l'invention, en matière plastique, de section carrée. Fig. 2 est une coupe schématique d'un autre profilé selon l'invention pour châssis de fenêtre. Fig. 3 est une vue en perspective, depuis l'avant gauche, d'un outillage d'extrusion selon l'invention, agencé sous forme de tête d'extrusion. 20 Fig. 4 est une coupe horizontale de la tête d'extrusion de Fig. 3 au niveau de deux canaux d'insertion de joncs de renfort. Fig.5 est un détail à plus grande échelle de la zone V de Fig.4. Fig. 6 est une vue en perspective, depuis l'avant gauche, d'une partie de la tête d'extrusion coupée par un plan vertical au voisinage de deux sorties 25 de canaux d'insertion de joncs. Fig. 7 est une vue en perspective de l'arrière de la tête d'extrusion et Fig. 8 est une vue en perspective, à plus grande échelle, de l'extrémité avant de la tête d'extrusion dont le bloc de sortie a été retiré pour faire apparaître l'extrémité du poinçon. 30 En se reportant aux dessins on peut voir, sur Fig. 1, la section d'un profilé en matière plastique P1 selon l'invention, de forme carrée ou rectangulaire, qui comporte à l'intérieur de ses angles de contour des joncs continus de renfort J1, J2, J3, J4 insérés dans la matière plastique et entourés par cette dernière. Les joncs de renfort sont avantageusement constitués de 35 fibres à haute résistance mécanique, notamment fibres de verre et/ou fibres de carbone. Fig. 2 montre, en section transversale, un autre profilé P2 en matière plastique conforme à l'invention pour châssis de fenêtre dont le contour polygonal est bien visible. Les joncs de renfort J1-J4 sont prévus également à l'intérieur de quatre angles du contour polygonal. Les profilés P1 ou P2 sont obtenus par injection de matière plastique dans un outillage d'extrusion constitué par une tête d'extrusion T illustrée sur Fig. 3, et dont la sortie correspond plus particulièrement au profilé de Fig. 1. La tête T comprend une filière 1 constituée de plusieurs blocs empilés, démontables, la, lb, l c, Id, le de l'arrière vers l'avant, suivant le sens de progression de la matière plastique injectée. Le bloc arrière la constitue le bloc d'entrée pour l'injection de la matière plastique sous haute to pression, suivant la direction axiale de la tête comme il apparaît sur Fig. 4, d'après la flèche F. Ce bloc la comporte, à l'arrière, une partie 2 tronconique, coaxiale à la tête, prévue pour être raccordée de manière étanche à une extrudeuse. La partie 2 comporte, dans sa zone centrale, une entrée 2a, en forme de cuvette sensiblement hémisphérique, qui se raccorde, vers son fond, 15 à des passages 2b, 2c pour la matière plastique. Ces passages sont séparés par un poinçon 3, en forme d'ogive dont la pointe est tournée vers l'arrière. Le poinçon est maintenu, dans la filière, par des ailettes radiales traversant les passages 2b, 2c, ailettes autour desquelles s'écoule la matière plastique. Les blocs lb, l c, 1 d situés en aval du bloc d'entrée la comportent 20 des passages, partiellement visibles, pour la matière plastique, prévus pour donner progressivement la forme souhaitée au profilé. Sur Fig. 4 seules sont visibles les amorces 4b, 4c de tels passages qui se prolongent dans un plan différent de celui de Fig. 4. A la sortie du bloc 1c on peut voir le débouché 5b, 5c des passages pour la matière plastique. Dans le bloc Id les passages 6b, 6c 25 pour la matière plastique sont parallèles à l'axe géométrique X-X de la tête. Ces passages sont prolongés par des passages 7b, 7c alignés dans le bloc de sortie le. Un poinçon 3e se trouve au centre du bloc le comme visible sur Fig. 3. Dans l'exemple simple considéré, le contour du profilé est carré ou rectangulaire et le poinçon 3e correspond à la forme intérieure du profilé P1. 30 La tête d'extrusion T comporte des canaux Cl, C2, C3, C4 pour l'insertion de joncs continus de renfort Jl-J4, constituant des éléments de renforcement du profilé. Dans l'exemple considéré, quatre canaux d'insertion sont prévus. II s'agit d'un exemple et le nombre de canaux d'insertion et de joncs de renfort peut être différent et choisi selon le type de profilé à réaliser. 35 Les canaux C1-C4 sont séparés, sur la majeure partie de leur trajet, des passages pour la matière plastique 2b, 4b, 5b, 6b, 7b et 2c, 4c, 5c, 6c, 7c, et ne débouchent dans les passages 7b, 7c du bloc de sortie que dans une zone 8b, 8c proche de la sortie (Fig.5 et 8). La zone 8b, 8c est formée par un élargissement radial vers l'intérieur du passage 7b, 7c. Les canaux d'insertion C1-C4 débouchent dans les zones 8b, 8c suivant une direction parallèle à l'axe X-X de la tête. Au niveau des zones 8b, 8c où les canaux C1-C4 débouchent, la pression de la matière plastique injectée est devenue suffisamment faible pour, qu'en l'absence de joncs J1, J2, la matière plastique ne s'infiltre pas dans les canaux Cl, C2. La description de Fig. 4 concerne deux canaux Cl, C2 et les joncs correspondants. Une description semblable s'applique aux autres canaux io d'insertion pour les joncs correspondants. Les ouvertures d'entrée 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 (Fig. 7) des canaux d'insertion sont situées radialement à l'extérieur de l'entrée 2a de la matière plastique et les canaux comportent une partie arrière 10.1, 10.2 (Fig. 4) inclinée vers l'axe géométrique X-X pour passer radialement à l'intérieur du contour du 15 profilé au voisinage de la face avant du bloc 1 c. Dans le bloc suivant Id, ainsi que dans le bloc de sortie le, les canaux d'insertion Cl-C4 sont situés radialement à l'intérieur du contour du profilé en matière plastique. La transition des canaux C1-C4 de l'extérieur à l'intérieur du contour du profilé est réalisée sans intersection avec les passages pour la matière plastique grâce à des 20 décalages de plans. La partie arrière 10.1, 10.2 se compose de plusieurs sections situées dans les blocs la, lb, 1 c qui se raccordent et qui sont de moins en moins inclinés par rapport à l'axe géométrique X-X. La section transversale des canaux C1-C4 diminue progressivement de l'arrière vers l'avant. 25 L'entrée 9.1-9.4 des canaux peut avoir une forme rectangulaire, suffisamment grande pour faciliter l'introduction des joncs de renfort J1-J4. La partie 11.1-11.2 des canaux Cl, C2 voisine de la sortie présente une section transversale, par exemple circulaire, adaptée à la section transversale des joncs J1-J4 à introduire. 30 Du fait que la matière plastique ne s'infiltre pas dans les parties 11.1, 11.2 d'extrémité des canaux Cl, C2, il n'est pas nécessaire de réduire le plus possible le jeu radial entre le contour d'un jonc de renfort et le contour de la section de la zone 11.1, 11.2 correspondante. Ainsi, pour une section transversale des parties 11.1, 11.2 prévue pour un jonc de diamètre 35 déterminé, il est possible d'introduire des joncs de plus petit diamètre, sans inconvénient, puisque la matière plastique ne refoule pas dans les canaux d'insertion. De la sorte, une même tête d'extrusion peut servir à plusieurs diamètres de joncs de renfort, sans modification. De préférence, les canaux Cl-C4 débouchent dans les passages pour la matière plastique à une distance h (Fig. 4 et 5) de la sortie présentant le moins de pression exercée sur la matière plastique afin d'éviter le refoulement de la matière dans les dits canaux. Pour la fabrication d'un profilé en matière plastique on procède comme suit. La tête d'extrusion T est raccordée à une extrudeuse par sa partie 2. L'injection de matière thermoplastique est effectuée axialement selon la io flèche F (Fig. 4) par l'entrée 2a de la tête T. La matière plastique s'écoule dans les passages prévus à cet effet. Le début de la fabrication peut être effectué sans insertion de joncs J1-J4 de sorte qu'à l'extrémité du bloc de sortie le le profilé qui sort ne comporte pas de renforcements. 15 Lorsqu'un régime permanent de sortie du profilé s'est établi, on effectue l'insertion des joncs Jl-J4 par la face arrière du bloc d'entrée la. Le début de l'insertion peut être manuel, puis les joncs sont entraînés par le profilé en matière plastique sortant de la tête d'extrusion. L'insertion des joncs peut être interrompue, si on le souhaite, sans 20 inconvénient car la matière plastique ne reflue pas dans les canaux C1-C4 vides de joncs et ne risque pas d'obstruer ces canaux. II est possible d'arrêter la fabrication et de redémarrer sans problème, sans avoir à démonter les blocs, ni à procéder à un nettoyage. Le nez de poinçon peut être démontable et permet, par son 25 changement de modifier partiellement la forme du profilé à extruder ainsi que le diamètre des joncs et leur nombre. L'invention procure de nombreux avantages : - la mise en oeuvre de l'invention ne nécessite pas de modification de l'emplacement des extrudeuses et peut donc être facilement adaptée ; 30 - l'invention peut être adaptée à n'importe quelle forme de profilé réalisé par extrusion ; - la phase de démarrage peut être effectuée de façon classique, avec un calibrage sans les joncs, et les joncs peuvent être insérés ensuite un à un dans un ordre indifférent ; 35 - il n'est pas nécessaire de pré-positionner les joncs dans la filière avant le démarrage ; ainsi, tout risque de ramollissement des joncs pouvant comporter une matrice en matière thermoplastique, ce qui empêcherait leur insertion dans la filière, est supprimé ; - il est possible de couper un ou plusieurs joncs sans arrêter la production et de les replacer toujours en cours de production ; - aucun bouchage des canaux d'insertion C1-C4 ne survient, que ce soit en phase de démarrage, d'arrêt ou en réglage ; = le diamètre des joncs peut être modifié, dans une certaine limite, par simple changement du nez de poinçon ; - aucun retrait du profilé n'est généré par l'insertion de joncs. Le renforcement des profilés avec des joncs en fibres de verre permet de limiter la présence de métal à l'intérieur des profilés et d'éviter la io création de ponts thermiques, tout en assurant une résistance mécanique comparable. II est possible d'effectuer une co-extrusion de mousse de matière plastique expansée, notamment de PVC, à l'intérieur du profilé. REVENDICATIONS1. Outillage d'extrusion pour la fabrication de profilés en matière plastique avec éléments de renforcement en une matière à haute résistance mécanique, notamment fibres de verre ou fibres de carbone, comprenant une filière avec un bloc d'entrée pour l'injection de la matière plastique, sous haute pression, dans des passages traversant des blocs successifs pour donner progressivement sa forme au profilé jusqu'à une ouverture de sortie au profil final, et un poinçon maintenu par des ailettes à l'intérieur des passages pour la matière plastique, io caractérisé : - en ce qu'il comporte des canaux (C1-C4) pour l'insertion de joncs continus de renfort (J 1- J4) constituant les éléments de renforcement, - et en ce que ces canaux (C1-C4) sont séparés, sur la majeure partie de leur trajet, des passages (4b, 4c, 5b, 5c,...7b, 7c) pour la matière plastique, et ne 15 débouchent dans ces passages que dans une zone (8b, 8c) proche de la sortie où la pression de la matière plastique injectée est devenue suffisamment faible pour, qu'en l'absence de joncs, la matière plastique ne s'infiltre pas dans les canaux, de sorte que cet outillage d'extrusion permet de passer d'une fabrication sans 20 joncs de renfort à une fabrication avec joncs de renfort, et inversement, sans interruption. 2. Outillage d'extrusion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les joncs de renfort (Cl- C4) sont constitués de fibres en une matière à haute résistance 25 mécanique, en particulier fibres de verre et/ou de carbone, maintenues dans une matrice. 3. Outillage d'extrusion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les ouvertures d'entrée (9.1- 9.4) des canaux d'insertion (C1-C4) de joncs continus 30 de renfort sont situées sur la face arrière de l'outillage ou latéralement. 4. Outillage d'extrusion selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ouvertures d'entrée (9.1- 9.4) des canaux d'insertion sont situées radialement à l'extérieur de l'orifice d'entrée de la matière plastique, et les canaux d'insertion 35 comportent une partie arrière (10.1, 10.2) inclinée vers l'axe géométrique (X-X) de la tête pour passer radialement à l'intérieur du contour du profilé sans intersection avec les passages pour la matière plastique. 5. Outillage d'extrusion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux d'insertion (Cl, C2) dans leur partie avant (11.1, 11.2) sont sensiblement rectilignes et parallèles à l'axe géométrique de l'outillage d'extrusion. 6. Outillage d'extrusion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux d'insertion débouchent dans une zone (8b, 8c) proche de la sortie formée par un élargissement radial vers l'intérieur des passages (7b, 7c) pour la matière plastique. i0 7. Outillage d'extrusion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux d'insertion (C1-C4) débouchent dans une zone (8b, 8c) située à une distance (h) de la sortie présentant une faible compression de la matière extrudée afin d'éviter le refoulement de celle-ci dans 15 les canaux 8. Outillage d'extrusion selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour un profilé à contour polygonal, caractérisé en ce que les canaux d'insertion (C1-C4) débouchent à l'intérieur du contour polygonal. 20 9. Procédé de fabrication de profilés en matière plastique avec éléments de renforcement en une matière à haute résistance mécanique, notamment en fibres de verre ou fibres de carbone, mettant en oeuvre un outillage d'extrusion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 25 que - le début de fabrication est effectué sans insérer les joncs continus constituant les éléments de renforcement, - et l'insertion des joncs C1-C4) est réalisée lorsqu'un régime de sortie du profilé s'est établi. 30 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, en cours de fabrication, l'insertion de joncs de renfort est arrêtée, puis reprise, sans interruption de l'extrusion de la matière plastique. 35 11. Profilé en matière plastique obtenu avec un outillage d'extrusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un jonc continu de renfort (J1-J4), en une matière à haute résistance mécanique, notamment en fibres de verre ou en fibres de carbone, inséré dans5la matière plastique. 12. Profilé selon la revendication 11, à contour polygonal, caractérisé en ce que le ou les jonc(s) de renfort (J1-J4) sont situés à l'intérieur du contour polygonal 5 et sont entourés de matière plastique. 10