Brevet FR2978934A1 — publié le 20130215

VIS D'EXTRUDEUSE DU TYPE A SAILLIES DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à un procédé et un dispositif de traitement ou de mélange de matières très visqueuses, telles que des mélanges de caoutchouc, dans une extrudeuse monovis. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à une vis d'extrudeuse qui a un filet ayant une région de mélange qui comprend une pluralité de saillies de mélange qui ont des angles et des hauteurs variables par rapport aux filets de la vis d'extrudeuse. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE Il est connu dans la technique de traitement ou de mélange de matières très visqueuses, telles que du caoutchouc, de soumettre la matière à un malaxage et à un mélange dans une extrudeuse ayant une vis tournant dans un fourreau. La vis peut avoir un filet unique ou une pluralité de filets du filetage de la vis. Le pas du filet ainsi que la profondeur du canal de vis entre les filets peuvent être constants ou variables. Dans le procédé, on utilise différents moyens de mélange pour obtenir un mélange satisfaisant de la matière pendant son alimentation le long de la vis. Il est par exemple connu de changer le pas des filets de la vis à des intervalles périodiques ou variables ou d'interpoler des filets dirigés en sens inverse des filetages de la vis ou d'interrompre le filetage de la vis par des intervalles. Au fur et à mesure que la vis tourne, la matière est dirigée dans des configurations en tourbillon qui comporte un mélange des trajets d'écoulement divers et réguliers provoqués par ces moyens de mélange. Bien que des vis d'extrudeuse antérieures aient utilisé des broches ou des rampes entre des filets de vis pour faciliter le mélange, ces modes de réalisation ont encore été trouvés quelque peu limités dans leur aptitude à mélanger complètement le caoutchouc. On a donc besoin dans la technique d'une vis d'extrudeuse ayant des saillies qui permettent de mélanger du caoutchouc ou d'autres matières polymères tout en permettant à la matière de s'écouler facilement dans le fourreau, sans que le débit de matière ou la structure moléculaire de la matière en pâtissent. RESUMÉ DE L'INVENTION A la lumière de ce qui précède la présente invention vise une vis d'extrudeuse de type à saillie. L'invention vise à obtenir un effet de mélange et d'homogénéisation satisfaisant de la matière dans le traitement de matières très visqueuses, en ayant un grand débit de matière dans l'extrudeuse. Suivant l'invention le courant de matière est un mouvement sensiblement dirigé vers l'avant dans l'extrudeuse. L'extrudeuse comprend une monovis tournant à l'intérieur d'une zone de fourreau ayant une pluralité d'obstacles, tels que des saillies conformées, qui sont fixés à une zone de racine entre les filets de la vis. L'épaisseur, la forme et le nombre de ces saillies peuvent être modifiés suivant les matières soumises au mélange et suivant le degré de mélange souhaité. Le trajet du courant de la matière dans l'extrudeuse et le long de l'extrudeuse est donc soumis à des formations locales de tourbillonnement de la matière. A l'interface entre la matière et la zone de fourreau et le filet de vis respectivement, il y a un changement continu des surfaces au sein de la matière qui viennent en contact, ce qui emporte un échange intense de matière et de chaleur. En outre, en coopération avec la vis, il y a une augmentation dans une grande mesure du courant de cisaillement au sein de la matière en résultat de grand gradient de pression. En plus, un grand débit de matière est possible par une homogénéité optimum mécanique et thermique du produit extrudé. Les saillies sont disposées sélectivement le long du canal de racine de la vis. Toutes les saillies ou certaines d'entre elles peuvent recevoir une forme souhaitée ou analogue pour augmenter ou diminuer la résistance à l'écoulement. La présente invention vise aussi une vis d'extrudeuse conçue pour être reçue dans le fourreau d'une extrudeuse et caractérisée en ce qu'elle comprend un noyau s'étendant d'une extrémité d'étanchéité à une extrémité d'un cône formant nez, au moins un filet s'étendant radialement à partir du noyau suivant une configuration quasi hélicoïdale, des filets voisins l'un de l'autre formant entre eux des canaux, et une pluralité de saillies oblongues s'étendant radialement à partir du noyau et disposées dans les canaux. De préférence, le noyau a une ligne centrale et chaque saillie a un angle de saillie par rapport à la ligne centrale, de manière à ce que les angles de saillie augmentent progressivement de l'extrémité d'étanchéité à l'extrémité du cône formant nez. De préférence, les angles de saillie font un angle de 95° à 175° avec la ligne centrale. De préférence, un bord de filet procuré par chaque filet, le bord de filet ayant une pluralité d'encoches. De préférence, chaque saillie a une couronne qui a une dimension décalée du bord de filet, les dimensions décalées diminuant progressivement de l'extrémité d'étanchéité à l'extrémité du cône formant nez. De préférence, chaque saillie a des côtés oblongs opposés reliés l'un à l'autre par des extrémités opposées, les côtés oblongs étant sensiblement alignés angulairement avec les filets qui en sont voisins. De préférence, les côtés oblongs et voisins des angles de filet et les angles de filet voisins sont alignés à environ 25° l'un avec l'autre par rapport à la ligne centrale. De préférence, que chaque bord de filet a un angle de filet et chaque angle de saillie est plus grand que les angles de filet voisins. De préférence, une zone d'accumulation voisine de l'extrémité d'étanchéité et une zone de mélange disposés entre la zone d'accumulation et l'extrémité du cône formant nez. De préférence, la zone de mélange a des saillies disposées dans les canaux à des incréments radiaux d'environ 90° d'une extrémité de la zone d'accumulation à l'extrémité du cône formant nez. De préférence, la zone de mélange comprend une zone de filet voisine de la zone d'accumulation et une zone d'extrusion voisine de la zone de saillies, la zone d'extrusion comprenant les saillies. De préférence, la zone de mélange comprend une zone de saillies voisine de la zone d'accumulation et une zone d'extrusion voisine de la zone de saillies, la zone d'extrusion étant sans saillie. DESCRIPTION SUCCINTE DES DESSINS Pour comprendre complètement les buts, les techniques et les structures de l'invention, on se reportera à la description détaillée qui va suivre et aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en élévation d'une vis d'extrudeuse suivant les concepts de la présente invention, la vis comprenant au moins une extrémité d'entraînement, une zone d'accumulation, une zone de mélange, une zone d'extrusion modifiable et une extrémité modifiable de cône formant nez. Les figures lA à 1C sont des vues détaillées de la vis d'extrudeuse suivant l'invention, la figure lA étant une vue détaillée de la zone d'accumulation, la figure 1B une vue détaillée de la zone de mélange et la figure 1C est une vue détaillée de la zone d'extrusion modifiable. La figure 2 est une vue en élévation de la zone d'extrusion modifiable sans des saillies suivant la présente invention. La figure 3 est une vue en élévation de la zone d'extrusion modifiable ayant des saillies suivant la présente invention. La figure 4 est une vue en élévation de l'extrémité 15 formant nez modifiable de la monovis suivant la présente invention ; et Les figures 5A et 5B sont des vues en perspectives de la vis d'extrudeuse suivant la présente invention. 20 MEILLEUR MODE DE MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION En se reportant maintenant à tous les dessins et, en particulier, à la figure 1, on peut voir qu'une vis d'extrudeuse est désignée d'une manière générale par le repère 10. La vis 10 est maintenue dans un fourreau ou 25 zone de fourreau d'une extrudeuse, qui est normalement chauffée ou refroidie en fonctionnement. Au fur et à mesure que de la matière polymère, telle que du caoutchouc, pénètre dans le fourreau, la matière est chauffée et s'écoule dans la zone du fourreau alors que 30 la vis tourne. De la matière sort de la zone du fourreau et est forcée dans une configuration pointe/filière ou dans un moule pour prendre une forme finale ou intermédiaire souhaitée. La vis 10 d'extrudeuse a un certain nombre de zones. Plus précisément, la vis comprend une extrémité 12 d'entraînement couplée à un mécanisme d'entraînement d'un système d'extrudeuse. Normalement, le système d'entraînement ou le mécanisme d'entraînement est mis en mouvement par un moteur électrique, un engrenage mécanique et/ou des systèmes hydrauliques. A partir de l'extrémité 10 d'entraînement, il y a une zone 14 d'étanchéité, qui sépare l'extrémité 12 d'entraînement du reste de la vis de l'extrudeuse. La zone 14 d'étanchéité empêche de la matière polymère d'entrer dans le mécanisme d'entraînement. Une zone 16 d'accumulation s'étend à partir de la zone d'étanchéité et reçoit de la matière polymère qui est normalement sous une forme de bande ou de plaque ou sous une autre forme, par l'intermédiaire d'une ouverture de trémie dans le fourreau qui maintient la vis de l'extrudeuse. Une zone 18 de mélange s'étend à partir de la zone 16 d'accumulation et mélange davantage la matière polymère jusqu'à lui donner la consistance souhaitée. Sur la base du chauffage/refroidissement appliqué au fourreau qui maintient la vis et de la configuration de la zone de mélange, on obtient les propriétés des écoulements souhaités de la matière polymère. La zone 18 de mélange peut comprendre une zone 20 d'extrusion modifiable, qui peut être pourvue soit d'une zone 22 sans saillie comme représentée à la figure 2, soit de zones 24 de saillie comme représentées à la figure 3. Un cône 26 modifiable formant nez s'étend à partir de la zone 20 d'extrusion. Le cône 26 formant nez s'adapte à la configuration de pointe/filière d'extrusion ou de moule appropriée. L'homme du métier comprend que la vis 20 peut être sous la forme d'une pièce unique d'un seul tenant ou que les diverses zones peuvent être configurées de manière à être fixées les unes aux autres. Cela apparaît nettement aux figures 2 à 4 dans lesquelles la zone 20 d'extrusion a une extrémité de prolongement filetée, qui peut être reçue dans un réceptacle fileté approprié de la zone 18 de mélange. De même, le cône 26 est pourvu d'une adaptation filetée de manière à être reçue dans une extrémité appropriée de la zone 18 de mélange. Dans toutes les zones de l'extrudeuse, une racine ou un noyau, désigné d'une manière générale par le repère 30, s'étend de l'extrémité 14 d'étanchéité au cône 26 formant nez. Le noyau 30 varie en diamètre dans les diverses zones de manière à faciliter le mélange de la matière polymère. Le noyau 30 a une ligne 32 centrale qui est l'axe de rotation de la vis de l'extrudeuse alors qu'elle est entraînée en rotation par le mécanisme d'entraînement. Il va de soi que des paliers et un support approprié sont prévus pour la vis de l'extrudeuse de manière à ce qu'elle tourne correctement dans la zone du fourreau de l'extrudeuse. Au moins un filet, désigné d'une manière générale par le repère 34, s'étend radialement à partir du noyau 30. En fait le filet ou les filets s'étendent à partir du noyau suivant une configuration quasi hélicoïdale. Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu deux filets qui sont désignés par les repères 34a et 34b. Les filets ont le même diamètre extérieur et ont une dimension légèrement plus petite que le diamètre intérieur du fourreau pour permettre la rotation de la vis de l'extrudeuse dans le fourreau. Il va de soi que l'adaptation entre le diamètre extérieur des filets et le diamètre intérieur du fourreau est une adaptation si étroite qu'elle assure que la matière polymère soit refoulée hors de la vis à un débit déterminé à l'avance. Dans le mode de réalisation représenté, les filets sont espacés d'environ 180 degrés l'un de l'autre de manière à procurer un mélange uniforme. Il va de soi que l'on peut utiliser un filet unique ou plus d'un filet dans la vis de l'extrudeuse. Chaque filet 34 comprend un bord 36 de filet qui est à proximité étroite du diamètre intérieur du manchon ou fourreau du système de l'extrudeuse. Le bord ou les bords 36 peuvent être pourvus d'encoches 38 de manière à permettre un écoulement en retour de la matière polymère alors que la vis tourne. Chaque filet force la matière vers l'avant en direction du cône 26 formant nez, mais les encoches permettent à un peu de matière de revenir vers l'arrière pour obtenir un mélange supplémentaire avec de la matière autre. Des canaux 40 sont formés entre chaque bord 36 de filet. Plusieurs saillies 50 s'étendent radialement à partir du noyau 30 et sont disposées entre les filets 34. En d'autres termes, chaque saillie 50 s'étend vers le haut à partir du noyau 30 et dans les canaux 40. Les saillies 50 sont prévues dans la zone de mélange voisine de la zone d'accumulation et peuvent s'étendre jusqu'au cône formant nez. Comme représenté aux dessins, les saillies sont placées à des intervalles dans la direction radiale de 90° autour du noyau. Bien entendu, on peut faire varier ces intervalles si cela est nécessaire. Chaque filet 34 a une orientation angulaire qui facilite le mélange de la matière polymère. Plus précisément, un angle 52 de filet est associé à chaque filet 34. Un angle 52 de filet est déterminé en faisant passer une ligne le long de la pente de chaque bord et en faisant couper cette ligne par la ligne 32 centrale. Dans le mode de réalisation représenté, l'angle de filet varie de l'extrémité d'étanchéité au cône formant nez en fonction de la zone particulière et des paramètres de mélange souhaités. Comme représenté aux figures lA et 1B l'angle de filet peut aller d'environ 1200 à proximité de l'extrémité d'étanchéité environ 100° à proximité de l'extrémité du cône formant nez. Chaque saillie 50 est pourvue d'une zone 60 oblongue qui est formée par des côtés 62 opposés qui sont reliés par des extrémités 64 opposées. Les côtés 62 et les extrémités 64 sont terminés par une couronne 66 qui forme le sommet de chaque saillie 50. Les dimensions des caractéristiques des saillies varient en fonction de leur position le long de la longueur de la vis et reposent sur des évaluations du composé pour assurer un mélange adéquat du composé. Un angle 54 de saillie est associé à chaque saillie 50 et est déterminé en faisant passer une ligne le long de la pente ou de la direction angulaire de chaque couronne et en coupant cette ligne par la ligne 32 centrale. Comme on le voit au mieux à la figure 1B, les saillies sont pourvues d'angle 54 de saillie qui vont d'environ 120° à partir de l'extrémité de la zone d'accumulation à environ un angle de 155° à la zone d'extrusion. Comme on peut le voir à la figure 1, les angles 54 de saillie sont légèrement différents des angles 52 de filet qui sont immédiatement voisins des saillies. On comprendra en outre qu'un point médian des saillies le long de la zone 60 oblongue peut être aligné avec les encoches 38. Comme mentionné, chaque saillie 50 oblongue fait un angle 54 de saillie avec la ligne centrale de manière à ce que les angles de saillie augmentent progressivement de l'extrémité d'étanchéité à l'extrémité du cône formant nez. Bien que l'on puisse faire varier les angles de saillie suivant ce qui est nécessaire, dans la plupart des modes de réalisation, les angles de saillie font avec la ligne 32 centrale un angle de 95° à 175°. D'une manière similaire, les angles de filet diminuent progressivement de l'extrémité d'étanchéité à l'extrémité du cône formant nez et peuvent varier et se trouver compris entre 95° et environ 175°. Il va de soi que l'angle de filet est configuré de manière à ce que chaque angle de saillie soit plus grand que les angles de filet voisins. En d'autres termes, chaque angle de saillie disposé entre des filets a un angle qui est plus grand que les angles de filet dont il est le plus proche. Il va de soi, en outre, que les côtés oblongs des saillies sont sensiblement alignés angulairement avec les filets qui leur sont voisins. Plus précisément, les côtés oblongs et les angles de filet voisins sont alignés à environ 25° les uns des autres par rapport à la ligne centrale. Une autre caractéristique de la vis 10 de l'extrudeuse est que la hauteur des saillies est décalée des filets d'une distance déterminée à l'avance. On peut voir en particulier à la figure 1B qu'une valeur 70 de décalage est associée à chaque saillie et aux filets qui en sont voisins. En particulier, la valeur de décalage des filets est la distance mesurée entre la couronne 66 et le diamètre extérieur du bord 36 du filet. La distance représentant la valeur de décalage devient peu à peu plus petite le long de la longueur de la vis de l'extrudeuse au fur et à mesure que la matière s'écoule vers le cône formant nez. On peut voir en particulier que la valeur 70 de décalage en la position initiale la plus proche de la zone d'accumulation est bien plus grande que la valeur de décalage des saillies prévues dans la zone 22 de saillie. En fonctionnement, on envoie la matière polymère dans la zone 16 de mélange où elle est poussée vers l'avant par les filets 34. Là où des encoches 38 sont prévues dans les filets 34 une petite partie du composé retourne dans une zone plus large ou antérieure de filet en vue d'être mélangée avec la matière polymère qui est reçue plus récemment de la trémie. Au fur et à mesure que la matière est poussée vers l'avant par les filets, elle entre dans la zone 18 de mélange et dans les saillies 50. La disposition angulaire des saillies est quelque peu parallèle aux filets, mais ne l'est pas exactement. Cette petite différence d'angle permet de mélanger davantage la matière au fur et à mesure que la vis d'extrudeuse tourne. Il va de soi en outre que les hauteurs des saillies sont initialement telles que l'interférence est moindre, mais augmente peu à peu au fur et à mesure que les saillies augmentent de hauteur, de manière à mélanger davantage la matière qui arrive entre la couronne et le diamètre intérieur du fourreau. L'orientation angulaire des saillies change aussi au fur et à mesure que la matière va de la zone d'accumulation à l'extrémité 32 du cône formant nez. Ce mélange supplémentaire donne de meilleures propriétés de la matière polymère lorsqu'elle sort de l'extrémité du cône formant nez. Il va de soi, en outre, que le diamètre du noyau peut varier aussi en fonction de la configuration variable des saillies en vue de faciliter encore le mélange. Si on le souhaite, dans certains modes de réalisation, on peut remplacer les saillies de manière à ce que des configurations angulaires différentes des saillies puissent être utilisées. Cela peut se faire pour déterminer les effets bénéfiques ou nuisibles des saillies sur la matière polymère passant dans la vis. Une fois qu'une configuration souhaitée est obtenue, on comprend que, dans certains modes de réalisation, les saillies seront d'une pièce avec la vis de l'extrudeuse. De même on comprend que l'on puisse utiliser une zone 22 sans saillie au lieu d'une zone 24 de saillies dans la zone 18 de mélange, si cela est approprié. Sur la base de ce qui précède, les avantages de la présente invention apparaissent facilement. En réglant sélectivement et en ajustant les paramètres angulaires et de décalage des saillies, on peut obtenir un mélange souhaité d'une matière polymère par la vis. On a trouvé que l'utilisation de saillies dans une configuration de ce genre permet de diminuer la longueur de la vis par rapport à des vis antérieures. En outre, la configuration de vis décrite peut s'adapter à des conceptions de vis à charge froide. Une extrudeuse à charge froide est une extrudeuse qui accepte un composé à la température ambiante directement dans la région trémie/vis de l'extrudeuse. Une extrudeuse à charge chaude est une extrudeuse qui exige que le composé soit chauffé par d'autres moyens avant d'entrer dans l'extrudeuse. Il s'ensuit que cette configuration permet au composé d'atteindre son état d'extrusion le meilleur en bien moins de temps qu'une configuration antérieure. On considère que cela est avantageux en ce que l'on utilise des composés particuliers sensibles à la chaleur. L'homme du métier comprend que, si une matière polymère est maintenue à une température haute pendant une durée prolongée, sa structure moléculaire et son aptitude à l'utilisation finale particulière peuvent être moindres. En conséquence, la présente configuration permet à de la matière polymère de se déplacer rapidement dans le fourreau de l'extrudeuse en étant endommagée au minimum par la chaleur. On pense aussi que la présente configuration exige moins d'énergie pour fonctionner dans la mesure où la matière s'écoule plus facilement dans le fourreau de la vis. Un autre avantage encore de la vis 20 de l'extrudeuse est que l'on peut modifier la géométrie et la forme des saillies pour permettre à l'utilisateur de modifier la caractéristique de travail de l'extrudeuse pour qu'elle s'adapte à un critère ou à une norme particulière. Des normes ou des critères qui présentent de l'intérêt sont par exemple la température de la matière (à mesurer de préférence à la fin de la vis) le débit et la qualité du mélange (viscosité, degré de retrait et homogénéité).15 REVENDICATIONS1. Vis d'extrudeuse conçue pour être reçue dans le fourreau d'une extrudeuse et caractérisée en ce qu'elle 5 comprend : un noyau s'étendant d'une extrémité (14) d'étanchéité à une extrémité (32) d'un cône (26) formant nez ; au moins un filet (34) s'étendant radialement à 10 partir du noyau suivant une configuration quasi hélicoïdale, des filets (34) voisins l'un de l'autre formant entre eux des canaux (40), et une pluralité de saillies (50) oblongues s'étendant radialement à partir du noyau et disposées dans les 15 canaux (4 0) . 2. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le noyau a une ligne (32) centrale et chaque saillie (50) a un angle (54) de saillie par 20 rapport à la ligne (32) centrale, de manière à ce que les angles (54) de saillie augmentent progressivement de l'extrémité (14) d'étanchéité à l'extrémité du cône (26) formant nez. 25 3. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les angles (54) de saillie font un angle de 95° à 175° avec la ligne (32) centrale. 4. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre : un bord (36) de filet procuré par chaque filet (34), le bord (36) de filet ayant une pluralité d'encoches (38). 5. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 4, caractérisée en ce que chaque saillie (50) a une couronne qui a une dimension décalée du bord (36) de filet, les dimensions décalées diminuant progressivement de l'extrémité (14) d'étanchéité à l'extrémité (32) du cône (26) formant nez. 6. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 5, caractérisée en ce que chaque saillie (50) a des côtés oblongs opposés reliés l'un à l'autre par des extrémités opposées, les côtés oblongs étant sensiblement alignés angulairement avec les filets qui en sont voisins. 7. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les côtés oblongs et voisins des angles de filet et les angles de filet voisins sont alignés à environ 25° l'un avec l'autre par rapport à la ligne (32) centrale. 8. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 4, caractérisée en ce que chaque bord (36) de filet a un angle de filet et chaque angle de saillie est plus grand que les angles de filet voisins. 9. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre Une zone (16) d'accumulation voisine de l'extrémité (14) d'étanchéité ; et30Une zone (18) de mélange disposés entre la zone (16) d'accumulation et l'extrémité (32) du cône (26) formant nez. 10. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la zone (18) de mélange a des saillies (50) disposées dans les canaux (40) à des incréments radiaux d'environ 90° d'une extrémité de la zone (16) d'accumulation à l'extrémité (32) du cône (26) formant nez. 11. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la zone (18) de mélange comprend une zone (24) de filet voisine de la zone (16) d'accumulation et une zone (20) d'extrusion voisine de la zone (24) de saillies, la zone (20) d'extrusion comprenant les saillies (50). 12. Vis d'extrudeuse suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la zone (18) de mélange comprend une zone de saillies voisine de la zone (16) d'accumulation et une zone (20) d'extrusion voisine de la zone (24) de saillies, la zone (20) d'extrusion étant sans saillie.25