Brevet FR3086198A1 — publié le 20200327

- 1 - MACHINE DE COEXTRUSION POUR MELANGES ELASTOMERIQUES 100011 L'invention concerne le domaine de la fabrication de bandes de produits viscoélastiques coextrudés, tels des produits élastomériques destinés à la fabrication des pneumatiques. Plus particulièrement, elle concerne la fabrication de profilés complexes coextrudés à base de mélanges élastomériques destinés à la fabrication d'une bande de roulement ou d'un flanc de pneumatique. 10002] De manière connue, la fabrication des profilés complexes par extrusion d'au moins deux produits sous forme de bande à base de mélanges d'élastomériques réunis ensemble par coextrusion, fait appel à l'utilisation de plusieurs extrudeuses reliées à 10 une tête d'extrusion commune. Chaque extrudeuse est formée d'un corps cylindrique ou fourreau fixe à l'intérieur duquel se trouve une vis coaxiale à l'axe longitudinal du fourreau et qui est entraînée en rotation autour de celui-ci. Elle a pour fonction d'homogénéiser un mélange caoutchouteux qui y est introduit sous forme de bande et de le pousser vers une filière de sortie. Pour un produit complexe, la filière de sortie 15 reçoit plusieurs mélanges élastomériques de compositions identiques ou différentes et détermine le profil de la bande de profilé coextrudé. Ce profil est défini par une lame profilée fixe coopérant avec un rouleau rotatif ou avec une paroi fixe. 10003] De nos jours, on fait de plus en plus appel à l'utilisation de produits complexes du type bande de profilé complexe réalisée à base de différents profilés 20 individuels extrudés et superposés pour diminuer le nombre de poses successives de produits en assemblage, diminuer les coûts et améliorer la qualité du produit final. On préfère obtenir ces produits complexes par coextrusion car ce procédé assure une meilleure cohésion des différents composants entre eux. [0004] La coextrusion permet de combiner plusieurs bandes extrudées en mélangés 25 élastomèriques en un seul produit co-extrudé dans une seule machine de coextrusion. Plusieurs extrudeuses son agencées ensemble autour d'une tête d'extrusion commune comportant des canaux d'écoulement du produit en direction d'une filière de sortie. Dans les machines de coextrusion de l'état de la technique, les extrudeuses la composant son agencées selon une disposition « en soufflet » ou autrement dit, elles - 2 - sont disposées de manière à cc que les axes de rotation de leurs vis d'extrusion convergent vers la tête d'extrusion. Une telle disposition convergente induit des contraintes fortes dans les bandes de mélanges qui parcourent les canaux de transfert la tête d'extrusion. Or, de par le caractère visco-élastique des élastomères, d'importants phénomènes de retrait (en direction longitudinale de la bande) et de gonflement (en direction transversale de la bande) ont lieu après cette zone de convergence des canaux de transfert. Une bande de profilé co-extrudée peut ainsi se déformer après la sortie de la filière dans deux directions transverses, elle peut donc devenir en même temps plus épaisse et moins large ou vice-versa. 10 100051 Pour remédier à ce problème, le document US 6 695 606 propose une solution qui consiste à utiliser un rouleau rotatif au voisinage de la filière de sortie de la tête d'extrusion. Le rouleau rotatif participe à l'écoulement du produit complexe obtenu après sortie de la filière en diminuant les contraintes internes, contraintes qui sont relâchées partiellement lorsque le produit complexe est encore collé sur le 15 rouleau. Ces contraintes sont principalement des contraintes d'élongation qui résultent des diminutions des sections des canaux de la tête d'extrusion. Selon ce document, les canaux d'écoulement sont dimensionnés de manière à ce que la section de ces canaux puisse se transformer progressivement au fil de l'écoulement du matériau. Toutefois, mis à part une la complexité de la forme de la section et du dimensionnement de ces 20 canaux, de par la convergence des canaux dans la tête d'extrusion, le problème des contraintes résiduelles dans le produit complexe co-extrude demeure. 100061 Le document W02018115797 au nom de la demanderesse décrit une machine de coextrusion comportant plusieurs extrudeuses disposées de part et d'autre d'une tête d'extrusion. La tête d'extrusion comporte des canaux de transfert vers une 25 filière de sortie qui sont parallèles entre eux. Ainsi, la solution proposée dans cc document permet de remédier au problème des contraintes élongationnelles induites par la disposition «en soufflet » des extrudeuses de la machine. Toutefois, il a été constaté que des contraintes de gonflement étaient toujours présentes dans le produit obtenu en sortie de la filière. - 3 - 10007] Or, pour la fabrication de pneumatiques, dans un but d'optimisation des performances de ceux-ci, il est nécessaire d'utiliser des produits co-extrudés dont la géométrie soit très précise. 10008J Le but de l'invention est de remédier aux problèmes précités. [00091 L'invention propose une machine pour fabriquer par coextrusion une bande de profilé à base de plusieurs bandes extrudées en mélanges élastomériques, comprenant une tête d'extrusion comportant des canaux d'écoulement dont les orifices d'entrée sont reliées aux sorties d'au moins deux extrudeuses d'alimentation en bandes extrudées en mélanges élastomériques et dont les orifices de sortie débouchent dans 10 une filière qui est adjacente à un rouleau et est réalisée de manière à coopérer avec celui-ci pour réaliser la mise en forme de la bande de profilé, ledit rouleau comportant un axe central entouré d'une surface externe destinée à recevoir la bande de profilé et des moyens d'entraînement en rotation du rouleau autour de son axe central, caractérisée en ce que les canaux d'écoulement sont parallèles entre eux et sont 15 perpendiculaires à la direction circonférentielle du rouleau et en ce que la bande de profilé est solidaire de la surface de réception du rouleau sur une longueur équivalente d'au moins 700mm. 10010] Une direction « radiale » est une direction qui suit la direction du rayon du rouleau. Une direction « axiale » est une direction parallèle à l'axe de rotation du 20 rouleau. Une direction « circonférentielle » est une direction qui est perpendiculaire à la Ibis à un rayon du rouleau et à la direction axiale. 100111 Selon l'invention, l'extrusion des différentes bandes en mélanges élastomériques se fait au moyen d'une tête d'extrusion commune à canaux d'écoulement parallèles entre eux et à l'aide d'une filière à rouleau, connue par ailleurs 25 sous le nom de « nez à rouleau ». La filière est adjacente au rouleau et est réalisée de manière à coopérer avec celui-ci pour réaliser la mise en forme de la bande de profilé. On comprend que la filière est disposée de manière contigüe à la surface externe du rouleau et que la surface de la filière qui se trouve en face du rouleau comporte une surface cylindrique qui épouse la surface du rouleau. La surface cylindrique de la - 4 - filière comporte à cette fin des orifices de formage qui communiquent avec les canaux d'écoulement de la tête d'extrusion et qui ont pour fonction de donner la forme aux différentes bandes en provenance de différents canaux et à les guider lors de leur application sur le rouleau de manière à former une bande de profilé coexdrudée unique avec la surface cylindrique du rouleau. [0012] Plus particulièrement, les canaux d'écoulement qui amènent les mélanges vers la filière de sortie et donc vers le rouleau sont parallèles et perpendiculaires à la direction circonférentielle du rouleau. Ces canaux ne sont pas agencés de manière à converger en direction du rouleau, comme dans les documents de l'état de la 10 technique, et, de ce fait, les contraintes appliquées au mélange sont moindres, elles étant dues principalement au passage via les orifices de la filière de sortie. Une telle extrusion au moyen d'un nez à rouleau permet de bloquer les deux dimensions (longueur et largeur) de la bande de profilé coextrudée dont la semelle colle la surface de réception du nez à rouleau. De par le principe de conservation du volume, la 15 troisième dimension qui est l'épaisseur de la bande reste constante. Afin de mieux relaxer les contraintes restantes, la bande de profilé coexdrudée doit rester sur le rouleau sur une longueur préétablie. Lors des tests effectués en laboratoire avec des bandes de roulement et des bandes de flanc de pneumatique, une longueur d'au moins 700mm a été jugée suffisante pour la relaxation des contraintes. On obtient de ce fait, 20 une bande de profilé co-extrudée de géométrie très précise. [0013] Par longueur équivalente on comprend la distance de contact entre la bande profilée coextrudée sortant de la filière et la surface de réception du rouleau. Par surface de réception du rouleau on comprend la partie du rouleau en contact avec la bande de profilé coextrudé, cette partie étant la surface externe du rouleau lorsqu'elle 25 vient directement en contact avec la bande de profilé ou la surface externe d'une courroie entrainée par le rouleau et qui est interposée entre la surface externe du rouleau et la bande de profilé coextrudé. 100141 Dans un premier mode de réalisation de l'invention, ledit rouleau ledit rouleau est cylindrique de diamètre supérieur ou égal à 0,6m. - 5 - [0015] De préférence, la machine comporte un premier système de refroidissement de sa surface externe du rouleau et un deuxième système de refroidissement des paliers de support du rouleau qui sont reliés à une unité de contrôle qui commande le fonctionnement des deux systèmes de refroidissement selon une même température de consigne. [0016] Dans un deuxième mode de réalisation, la bande de profilé est solidaire de la surface de réception sur une distance égale à au moins 1/4 et de préférence à 3,4 de la circonférence du rouleau avant d'être transférée sur un dispositif de transport. [0017] Dans une variante de réalisation de l'invention, le rouleau est agencé au- 10 dessus de la tête d'extrusion. [0018] Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le rouleau est agencé en-dessous de la. tête d'extrusion. [0019] De préférence, la machine comprend un cylindre de renvoi interposé entre le rouleau et un dispositif de transport de la bande de profilé. 10020] Dans un troisième mode de réalisation, le rouleau entraîne une courroie sans fin interposée entre la filière et ledit rouleau de manière à ce que la filière coopère avec le rouleau pour la mise en forme de la bande de profilé moyennant ladite courroie. [0021] De préférence, ladite courroie est métallique, elle est de préférence en acier inoxydable. 20 10022] Le but de l'invention est également atteint avec un procédé de fabrication de bande de profilé à base de plusieurs mélanges d'élastomères par coextrusion à l'aide d'une machine comportant plusieurs extrudeuses, une tête d'extrusion et un rouleau de pose selon l'invention, caractérisé en ce que : on réalise la coextrusion d'une bande de profilé à l'aide d'une tête d'extrusion dont les canaux d'écoulement sont parallèles entre eux et sont perpendiculaires à la direction circonférentielle du rouleau de pose, la bande de profilé étant solidaire de la surface de réception du rouleau sur une longueur équivalente d'au moins 700mm; - 6 - on transfère ensuite la bande de profilé ainsi obtenue à l'aide d'un dispositif de transfert. 100231 L'invention sera mieux comprise grâce à la suite de la description, qui s'appuie sur les figures suivantes : 5 la ligure I est une vue schématique en coupe transversale de la machine de l'invention selon un premier et un deuxième mode de réalisation; la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de la machine selon un premier mode de réalisation; la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale de la machine selon une variante du deuxième mode de réalisation; la figure 4 est une vue en schématique en coupe transversale de la machine selon un troisième mode de réalisation. 10024] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent la même référence. Leur description n'est donc pas systématiquement reprise. [0025] Les figures illustrent une machine Ide coextrusion utilisée pour extruder des matériaux viscoélastiques du type des mélanges élastomériques pour former mie bande de profilé 100 complexe, par exemple une bande de roulement ou un flanc de pneumatique. La machine 1 de coextrusion comprend une tête d'extrusion 2 connectée à plusieurs extrudeuses 10, 20, 30 et 40 dont chacune lui -fournit un mélange élastomérique sous pression. Les mélanges élastomériques sous pression suivent des canaux d'écoulement qui parcourent la tête d'extrusion jusqu'à une filière de sortie 3. 100261 Les extrudeuses 10, 20, 30, 40 ont été illustrées de manière schématique en représentant uniquement leurs vis respectives, mais on comprend que, de manière généralement connue, la vis de chaque extrudeuse tourne à l'intérieur d'un fourreau cylindrique muni d'une entrée d'alimentation en un mélange élastomérique, sous forme de bande de mélange, et d'une sortie qui débouche dans la tête d'extrusion 2 lorsque celle-ci est en place. La vis 12, 22, 32, 42 de chaque extrudeuse 10, 20, 30, 40 est entraînée en - 7 - rotation autour de son axe longitudinal 11, 21, 31, 41 par un moteur, situé à l'extrémité de la vis opposée à celle qui arrive dans la tête d'extrusion, de manière à ce qu'elle tourne à l'intérieur de son fourreau respectif afin de fournir à la tête d'extrusion un mélange élastomérique homogénéisé et prêt à être mis en forme par celle-ci. 5 100271 Les extrudeuses 10, 20, 30, 40 sont agencés de part et d'autre de la tête d'extrusion 2 et de manière à ce que la sortie de chaque extrudeuse communique directement avec un conduit d'entrée de mélange dans la tête d'extrusion 2. Autrement dit la tête d'extrusion 2 est reliée directement aux extrudeuses 10, 20, 30, 40 sans qu'il y ait de canal de transfert de mélange élastomérique entre les deux. La tête d'extrusion 2 regroupe l'intégralité de 10 l'outillage dimensionnel (canaux de transfert la connectant aux sorties des extrudeuses et filière d'extrusion) propre à un profilé donné en un seul ensemble monobloc monté amovible. En cas de changement de produit profilé, un tel ensemble monobloc est rapidement évacué et remplacé par un autre adapté au nouveau produit. 100281 Les mélanges arrivent au niveau des orifices d'entrée 15, 25, 35, 45 dans la tête 15 d'extrusion 2 qui comporte par ailleurs des canaux d'écoulement 2a, 2b, 2c, 2d assurant le transfert des mélanges en provenance des différentes extrudeuses à. une filière de sortie 3. Les canaux d'écoulement 2a, 2b, 2c et 2d s'étendent dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle des axes longitudinaux des extrudeuses 10, 20, 30, 40. Par sensiblement perpendiculaire on comprend un angle de 90° +/- 20°. 20 100291 Dans une variante de l'invention, les extrudeuses 10, 20, 30, 40 sont agencées avec leurs axes longitudinaux 11, 21, 31, 41 parallèles entre eux et perpendiculaires aux plans des faces opposées de la tête d'extrusion qui forment des plans d'interface. 100301 La machine 1 de coextrusion comprend également un rouleau 50 qui coopère en fonctionnement avec la filière 3. Le rouleau 50 présente une surface externe 52 cylindrique et il est monté rotatif autour d'un axe de rotation qui passe par le centre de symétrie O de sa section transversale. Un moteur électrique (non illustré sur les dessins) est prévu pour assurer son entraînement en rotation à une vitesse prédéterminée, via un motoréducteur et à l'aide des moyens de commande. La vitesse de rotation du rouleau est généralement comprise entre 4 et 25 m/min et elle est déterminée par la productivité de la machine. En - 8 - fonctionnement, le rouleau 50 coopère avec la filière de sortie 3 et, en tournant amène la bande de profilé coextrudée 100 à un dispositif de transfert, telle une bande transporteuse 200. 100311 Le rouleau 50 est rigide, il est de préférence réalisé en acier et dont la surface externe 52 est polie ayant une rugosité Ra REVENDICATIONS1. Machine (1) pour fabriquer par coextrusion une bande de profilé (100) à base de plusieurs bandes extrudées en mélanges élastomériques, comprenant une tête d'extrusion (2) comportant des canaux d'écoulement (2a, 2b, 2c, 2d) dont les orifices d'entrée sont reliées aux sorties d'au moins deux extrudeuses (10, 20, 30, 40) d'alimentation en bandes extrudées en mélanges élastomériques et dont les orifices de sortie débouchent dans une filière (3) qui est adjacente à un rouleau (50) et est réalisée de manière à coopérer avec celui-ci pour réaliser la mise en forme de la bande de profilé (100), le rouleau (50) comportant un axe central entouré d'une surface externe (52) destinée à recevoir la bande de profilé (100) et des moyens d'entraînement en rotation du rouleau autour de son axe central, caractérisée en ce que les canaux d'écoulement (2a, 2b, 2c, 2d) sont parallèles entre eux et sont perpendiculaires à la direction circonférentielle du rouleau (50) et en ce que la bande de profilé (100) est solidaire de la surface de réception du rouleau sur une longueur équivalente d'au moins 700mm. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface externe (52) dudit rouleau (50) est cylindrique de diamètre supérieur ou égal à 0,6m. 3. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier système de refroidissement de la surface externe (52) du rouleau (50) et un deuxième système de refroidissement des paliers de support du rouleau (50) qui sont reliés à une unité de contrôle qui commande le fonctionnement des deux systèmes de refroidissement selon une même température de consigne. 4. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bande de profilé (100) est solidaire de la surface externe (52) du rouleau (50) sur une distance égale à au moins 1-2 et de préférence à % de la circonférence du rouleau (50) avant d'être transférée sur un dispositif de transport. - 14 - 5 Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rouleau (50) est agencé au-dessus de la tête d'extrusion (2). Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le rouleau (50) est agencé en-dessous de la tête d'extrusion (2). 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un rouleau de renvoi (71, 72) interposé entre le rouleau et un dispositif de transport de la bande de profilé. 8. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rouleau (50) entraîne une courroie sans fin (80) interposée entre la filière (3) et ledit rouleau de 10 manière à ce que la filière (3) coopère avec le rouleau (50) pour la mise en forme de la bande de profilé moyennant ladite courroie. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite courroie (80) est métallique, elle est de préférence en acier inoxydable. 10. Procédé de fabrication de bande de profilé (100) à base de plusieurs mélanges 15 d'élastomères par coextrusion à l'aide d'une machine comportant plusieurs extrudeuses (10, 20, 30, 40), une tête d'extrusion (2) et un rouleau (50) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : on réalise la coextrusion d'une bande de profilé à l'aide d'une tête d'extrusion dont les canaux d'écoulement (2a, 2b, 2c, 2d) de la tête d'extrusion (2) sont parallèles entre 20 eux et sont perpendiculaires à la direction circonférentielle du rouleau (50), la bande de profilé étant solidaire de la surface de réception du rouleau sur une longueur équivalente d'au moins 700mm; on transfère ensuite la bande de profilé ainsi obtenue à l'aide d'un dispositif de transfert. 25