Brevet FR3066947A1 — publié le 20181207

- 1 - Demande n° : Brevet n° : 17/54738 MALAXAGE D'UN COMPOSITE ÉLASTOMÉRIQUE PAR MÉLANGE CONTINU EN PHASE LIQUIDE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la progression régulée continue d'un composite à l'intérieur de zones de production de coagulum prédéfinies au cours de la production d'une composition de mélange-maître élastomérique. Un temps de séjour du composite dans chaque zone de production de coagulum est régulé de façon à obtenir une coagulation progressive avant le transport du composite à une zone de production de coagulum suivante. ARRIÈRE-PLAN Un mélange-maître (ou une composition de mélange- maître) est un composite élastomérique dans lequel une charge a été introduite conjointement avec d'autres additifs optionnels. Les mélanges-maîtres sont souvent destinés à la production de compositions de caoutchouc, 25 par exemple, dans la fabrication de pneumatiques ou de produits semi-finis pour pneumatiques (comprenant, mais sans s'y limiter, des produits profilés tels que des bandes de roulement). Diverses méthodes existent pour la production de mélanges-maîtres, des exemples 30 desdites méthodes étant divulgués par les brevets des États-Unis N° 6 048 923 et 6 075 084 et également par le brevet japonais N° JP5139610. La réalisation de mélanges de caoutchouc en phase liquide (aqueuse ou à base de solvant) comprend une 35 phase au cours de laquelle un mélange-maître est obtenu à partir d'un élastomère en phase liquide (par ex., émulsion ou latex, solution). Au cours de cette phase, l'élastomère présente, de façon souhaitable, une nano- 3066947 - 2 - distribution de particules de charge (organiques ou minérales) dans la matrice d'élastomère. Cette nanodistribution est souvent créée à l'aide d'un réacteur de coagulation, d'un dispositif de mélange ou d'un 5 moyen équivalent qui combine l'élastomère en phase liquide avec un mélange de liquide et de charges (ci-après une « pâte fluide »). La fixation de la charge dans la matrice d'élastomère vient ensuite, et cette phase correspond à un état de « coagulation » entre les 10 deux liquides. Certains procédés de production de mélanges-maîtres reposent sur des principes d'homocoagulation, l'agrégation se produisant dans une suspension composée de particules colloïdales monodispersées similaires. 15 Pour de tels procédés, une nano-distribution de la charge n'est pas garantie, même lorsque la charge est déjà finement fragmentée (par ex., une taille REVENDICATIONS1. Système (10) servant à la progression régulée continue d'un composite à l'intérieur de zones de production de coagulum prédéfinies au cours d'un cycle 5 de préparation de coagulation, le système (10) comprenant : une installation de stockage d'émulsion (12) comportant un réservoir d'émulsion (12a) équipé d'un dispositif d'agitation (12b), le réservoir d'émulsion 10 (12a) stockant une émulsion d'élastomère (13) ; une installation de stockage de pâte fluide (14) comportant un réservoir de pâte fluide (14a) équipé d'un dispositif d'agitation (14b), le réservoir de pâte fluide (14a) stockant une pâte fluide (15) comprenant 15 une solution aqueuse de particules de charge ; une installation de mélange (16) comportant un dispositif de mélange (16a) en communication fluidique avec chacun du réservoir d'émulsion (12a) et du réservoir de pâte fluide (14a), le dispositif de 20 mélange (16a) mettant en contact, dans une zone de mélange (16d) de celui-ci, un écoulement de l'émulsion d'élastomère (13) et un écoulement de la pâte fluide (15), l'un des écoulements venant s'incorporer dans l'autre écoulement et les deux écoulements étant amenés 25 à une faible pression avant leur entrée en contact l'un avec l'autre ; et une installation de malaxage continu (18) qui reçoit le composite provenant de l'installation de mélange (16) et transporte le composite à travers 30 chaque zone de production de coagulum de telle sorte qu'un temps de séjour du composite dans chaque zone de production de coagulum soit régulé avant le transport du composite à une zone de production de coagulum suivante. 35 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les zones de production de coagulum comprennent : une zone d'homogénéisation (20) comportant un dispositif d'homogénéisation (22) pourvu d'un 3066947 - 27 - dispositif d'agitation d'homogénéisation hélicoïdal (22a) d'une longueur prédéterminée disposé à rotation à l'intérieur d'une chambre d'homogénéisation (22b) comportant un segment d'entrée (22b') qui établit une 5 communication fluidique entre le dispositif de mélange (16a) et le dispositif d'homogénéisation (22) et un segment de sortie (22h") opposé qui établit une communication fluidique entre le dispositif d'homogénéisation (22) et une zone de malaxage (24) ; 10 une zone de malaxage (24) comportant un dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a) d'une longueur prédéterminée disposé à rotation à l'intérieur d'une chambre de malaxage (24b) comportant un segment d'entrée (24b') en position adjacente au segment de 15 sortie (22h") de la chambre d'homogénéisation (22b) et un segment de sortie (24h") opposé à proximité d'une entrée d'une zone d'essorage (28), le dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a) comportant une section de transport (25) et une section 20 de malaxage (27) qui facilitent la réalisation de procédés complémentaires dans la zone de malaxage (24) ; et une zone d'essorage (28) comprenant un dispositif d'agitation d'essorage (28a) d'une longueur 25 prédéterminée disposé à rotation à l'intérieur d'une chambre d'essorage (28b) comportant un segment d'entrée (28b') disposé à proximité du segment de sortie (24h") de la chambre de malaxage (24b) et un segment de sortie (28h") opposé depuis lequel le composite est évacué 30 sous la forme d'un coagulum, le dispositif d'agitation d'essorage (28a) comprenant une section de texturation (29) et une section d'essorage (31) qui facilitent la réalisation de procédés complémentaires dans la zone d'essorage (28). 35 3. Système selon la revendication 2, dans lequel la section de transport (25) du dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a) comprend une vis de transport à rotation libre (25a) disposée à proximité 3066947 - 28 - du segment de sortie (24h") de la zone de malaxage (24) et comportant de multiples filets de transport (25a') de pas égal répartis de manière uniforme le long d'un segment prédéterminé du dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel la vis de transport (25a) comprend une vis d'Archimède qui maintient un dégagement (t25) prédéterminé entre une 10 périphérie extérieure d'un filet de transport (25a') et une surface intérieure (24b"') de la chambre de malaxage (24b). 5. Système selon l'une quelconque des 15 revendications 2 à 4, dans lequel la section de malaxage (27) du dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a) s'étend entre le segment d'entrée (24b') de la chambre de malaxage (24b) en direction de la section de transport (25) et comprend un ou 20 plusieurs dispositifs de transport à vis (27a) disposés de manière successive, interrompus par un nombre égal de filets de transport transitionnels (27b) disposés de manière colinéaire. 25 6. Système selon la revendication 5, dans lequel chaque dispositif de transport à vis (27a) comprend un élément globalement spiralé qui maintient un dégagement (t27) prédéterminé entre lui-même et une surface de paroi intérieure (24b"') de la chambre de malaxage 30 (24b). 7. Système selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel les filets de transport transitionnels (27b) comprennent un filet de transport 35 d'introduction (27b') disposé à proximité du segment d'entrée (24b') de la chambre de malaxage (24b) au niveau duquel le composite commence à subir un procédé de production de malaxage. 3066947 - 29 - 8. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel la section de texturation (29) du dispositif d'agitation d'essorage (28a) comprend une vis de texturation à rotation libre 5 (29a) disposée à proximité du segment de sortie (24h") de la chambre de malaxage (24b) et comportant de multiples filets de coupe (29a') qui sont répartis de manière uniforme le long d'un segment prédéterminé de l'élément d'essorage (28a). 9. Système selon la revendication 8, dans lequel la vis de texturation (29a) comprend une vis d'Archimède qui maintient un dégagement (t29) prédéterminé entre une périphérie extérieure d'un filet 15 de coupe (29a') et une surface intérieure (28b"') de la chambre d'essorage (28b). 10. Système selon la revendication 8 ou la revendication 9, comprenant en outre au moins un filet 20 de transport (29b) disposé à proximité du segment de sortie (24h") de la chambre de malaxage (24b) de façon à produire une transition continue entre la zone de malaxage (24) et la zone d'essorage (28). 25 11. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la section d'essorage (31) du dispositif d'agitation d'essorage (28a) s'étend à partir d'un segment de l'élément d'essorage (28a) à proximité du segment de sortie 30 (28h") de la chambre d'essorage (28b) en direction de la section de texturation (29) et comprend une vis conique (31a). 12. Système selon la revendication 11, dans 35 lequel la vis conique (31a) comprend des filets hélicoïdaux (31a') qui maintiennent un dégagement (tn) prédéterminé par rapport à une surface de paroi intérieure (28b'") de la chambre d'essorage (28b). 3066947 - 30 - 13. Système selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans lequel la section d'essorage (31) du dispositif d'agitation d'essorage (28a) comprend en outre un ou plusieurs filets de transport 5 (31b) disposés entre la vis conique (31a) et la section de texturation (29). 14. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, dans lequel chacune de la 10 chambre de malaxage (24b) et de la chambre d'essorage (28b) présente une géométrie en section transversale prédéterminée sélectionnée parmi une configuration globalement annulaire, une configuration chanfreinée en forme de U et une configuration angulaire en forme de U. 15. Système selon la revendication 14, comprenant en outre une ou plusieurs barres anti-rotation (40) disposées à l'intérieur d'au moins une partie de la 20 chambre de malaxage (24) et/ou de la chambre d'essorage (28). 16. Procédé pour la progression régulée continue d'un composite à l'intérieur de zones de production de 25 coagulum prédéfinies au cours de la production d'une composition de mélange-maître élastomérique, le procédé comprenant les étapes suivantes : prévoir chacune d'une émulsion (13) stockée en phase liquide dans un réservoir d'émulsion (12a) et 30 d'une pâte fluide (15) stockée en phase liquide dans un réservoir de pâte fluide (14a) ; distribuer simultanément un volume prédéterminé de l'émulsion (13) et un volume prédéterminé de la pâte fluide (15) à une installation de mélange (16) 35 comportant un dispositif de mélange (16a) en communication fluidique avec chacun du réservoir d'émulsion (12a) et du réservoir de pâte fluide (14a) ; préparer le composite à partir du volume prédéterminé de l'émulsion (13) et du volume 3066947 - 31 - prédéterminé de la pâte fluide (15) ; évacuer le composite du dispositif de mélange (16a) sous la forme d'une dispersion fine de charge élastomérique ; et 5 transporter le composite à travers chaque zone de production de coagulum d'une installation de malaxage continu (18) de telle sorte qu'un temps de séjour du composite dans chaque zone de production de coagulum soit régulé avant le transport du composite à une zone 10 de production de coagulum suivante. 17. Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre le fait de mettre en contact, dans une zone de mélange (16d) du dispositif de mélange (16a), un 15 écoulement de l'émulsion d'élastomère et un écoulement de la pâte fluide, l'un des écoulements venant s'incorporer dans l'autre écoulement et les deux écoulements étant amenés à une faible pression avant leur entrée en contact l'un avec l'autre. 18. Procédé selon la revendication 16 ou la revendication 17, dans lequel les zones de production de coagulum comprennent : une zone d'homogénéisation (20) comportant un dispositif d'homogénéisation (22) pourvu d'un dispositif d'agitation d'homogénéisation hélicoïdal (22a) d'une longueur prédéterminée disposé à rotation à l'intérieur d'une chambre d'homogénéisation (22b) ; une zone de malaxage (24) comportant un dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a) d'une longueur prédéterminée disposé à rotation à l'intérieur d'une chambre de malaxage (24b), le dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a) comportant une section de transport (25) et une section de malaxage (27) qui facilitent la réalisation de procédés complémentaires dans la zone de malaxage (24) ; et une zone d'essorage (28) comprenant un dispositif d'agitation d'essorage (28a) d'une longueur 3066947 - 32 - prédéterminée disposé à rotation à l'intérieur d'une chambre d'essorage (28b), le dispositif d'agitation d'essorage (28a) comprenant une section de texturation (29) et une section d'essorage (31) qui facilitent la réalisation de procédés complémentaires dans la zone d'essorage (28). 19. Procédé selon la revendication 18, comprenant en outre les étapes suivantes : 10 évacuer le composite du dispositif de mélange (16a) à la zone d'homogénéisation (20) ; et à l'aide du dispositif d'agitation d'homogénéisation (22a), agiter le composite à une vitesse de cisaillement minimum de 1000 s-1 tout en 15 mettant simultanément en oeuvre une progression régulée du composite en direction de la zone de malaxage (24). 20. Procédé selon la revendication 18 ou la revendication 19, comprenant en outre les étapes 20 suivantes : évacuer le composite de la zone d'homogénéisation (20) à la zone de malaxage (24) ; et à l'aide du dispositif d'agitation de malaxage et de transport (24a), agiter le composite à une vitesse 25 de cisaillement minimum de 500 s-1 tout en mettant simultanément en oeuvre une progression régulée du composite en direction de la zone d'essorage (28). 21. Procédé selon l'une quelconque des 30 revendications 18 à 20, comprenant en outre les étapes suivantes : évacuer le composite de la zone de malaxage (24) à la zone d'essorage (28) ; délimiter une taille de coagulum du composite le 35 long de la section de texturation (29) avant d'introduire le composite dans la section d'essorage (31) ; et à l'aide du dispositif d'agitation d'essorage (28a), à agiter le composite à une vitesse de 3066947 - 33 - cisaillement minimum de 200 s tout en mettant simultanément en oeuvre une progression régulée du composite en vue de son évacuation de l'installation de malaxage régulé (18). 22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 21, comprenant en outre l'étape consistant à évacuer le composite de l'installation de malaxage continu (18). 23. Procédé selon la revendication 22, comprenant en outre l'étape consistant à distribuer l'émulsion (13) et la pâte fluide (15) de manière simultanée à l'installation de mélange (16).