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" INSTALLATION DE VULCANISATION CONTINUE POUR OBJETS EN CAOUTCHOUC DE GRANDE LONGUEUR ": @
La vulcanisation des objets de caoutchouc de grande longueur tels que couches isolantes de conducteurs électri- ques, tuyaux, bandes, profilés et autres peut être effectuée essentiellement de deux manières différentes . Un premier procédé consiste à introduire dans une étuve des tronçons des objets à vulcaniser puis, après fermeture de l'étuve, à admettre à l'intérieur de celle-ci de la vapeur d'eau sous pression pour élever la température des objets .
La température de vulcanisation étant approximati- vement atteinte, est maintenue un certain temps . Enfin, la pression de vapeur est supprimée et les objets sortis de ltétuve .
Ce procédé connu offre divers inconvénients, notam-' ment celui d'être discontinu .
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Un second procédé permet au contraire de réaliser la vulcanisation en continu d'objets de grande longueur, voire de longueur indéfinie, la fabrication de ces objets ( notamment fabrication à la filière) et la vulcanisation pouvant avoir lieu concurremment . Il consiste à déplacer, de préférence d'un mouvement uniforme, l'objet à vulcaniser dans une enceinte allongée et chauffée .
La présente invention a pour objet une installa- tion pour la vulcanisation continue d'objets en caoutchouc de grande longueur, tels que des couches isolantes de con- ducteurs électriques, des tuyaux, des bandes, des profilés, etc..., caractérisée en ce que l'enceinte de vulcanisation est chauffée intérieurement par un fluide de chauffage et de pression et que les organes de liaison ou de sortie des appareils de l'installation sont constitués par des dispo- sitifs qui évitent les fuites du fluide tout en laissant passer l'objet à vulcaniser .
On rappellera ici que la longueur de l'enceinte, la vitesse de passage et la température du fluide chauffant sont des facteurs dont l'homme de l'art peut disposer, en fonction de la qualité du mélange de caoutchouc à vulcaniser, de manière que la vulcanisation d'un point de l'objet soit complète entre le moment où ce point entre dans l'enceinte à l'une de ses extrémités et celui où il en sort à l'extré- mité opposée .
Le fluide de chauffage et de pression utilisé peut être soit un gaz ou une vapeur, soit un liquide . Dans le cas d'un gaz, sa pression évite l'éclatement de la cou- che de caoutchouc pendant la vulcanisation et le gaz sous pression constitue un meilleur agent de transmission de la chaleur qu'un gaz à la pression atmosphérique . A titre
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d'exemple. , la température du fluide chauffant peut être de 1400 environ et sa pression de 2 à 5 kilos/cm2 environ*
L'installation comporte une enceinte, par exemple un tube, dans l'axe de laquelle se déplace l'objet à vulca- niser et qui est munie de moyens pour l'entrée et la sortie dudit objet ainsi que de moyens d'adduction du fluide chauf- fant .
Conformément à l'invention, à la sortie de cette enceinte on prévoit, pour éviter ou du moins réduire une faible valeur les fuites du fluide de chauffage, une sorte de presse-étoupe traversé par l'objet vulcanisé et capable de laisser passer sans arrachement les parties les plus grosses de cet objet . On utilisera au lieu d'un presse-étoupe ordi- naire, un dispositif à chambres successivementséparées par des cloisons, traversées avec un certain jeu par l'objet et fonctionnant à la manière des joints à labyrinthe connus dans les turbines .
L'entrée de l'enceinte peut être raccordée direc- tement à la filière ou à la boudineuse, sinon on pourra, pré- voir également à l'entrée un presse-étoupe ou un joint à labyrinthe.
Dans le cas où l'enceinte de vulcanisation est raccordée directement à la boudineuse, la demanderesse recom- mande l'emploi d'un dispositif de liaison étanche constitué par un tube pouvant coulisser et rendu étanche en période de fabrication par la pression que l'on y fait régner.
Ce dispositif sera décrit avec plus de détails dans le cours de la description qui va suivre
L'ensemble peut être muni de moyens de chauffage du fluide et l'enceinte sera avantageusement entourée, sui- vant une autre disposition faisant partie de l'invention, d'une deuxième enceinte, de forme annulaire chauffée à une
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température de l'ordre de celle devant être maintenue dans la première enceinte ( avantageusement légèrement supérieure) afin d'éviter des déperditions de calories de celle-ci ; le chauffage de cette enceinte annulaire pouvant être opéré de toute façon convenable, circulation de gaz ou de vapeur, résistance électrique, etc..
La vulcanisation par chauffage au moyen d'un gaz ou d'une vapeur est surtout avantageuse quand il s'agit d'objets recouverts de caoutchouc à la boudineuse et possè- dant une armature intérieure peu déformable, tels que les câbles et certains types de tuyaux . Elle est moins avanta- geuse avec les profilés de caoutchouc par suite du frotte- ment important, dû à leur poids, que les produits à vulca- niser subiraient dans le tube ; de plus, ces profilés de- vraient être tirés sur toute la longueur du tube, ce qui est difficile pour des objets essentiellement élastiques .
Suivant un autre point de l'invention, on peut éviter les inconvénients précités, dans le cas des profilés, par le fait que la vulcanisation est opérée dans un milieu liquide chaud, dont la densité peut être choisie très voisine de la densité moyenne du produit à vulcaniser .
De la sorte, ce produit est en équilibre dans le milieu qui remplit le tube de vulcanisation et s'il y a contacts avec les parois du tube, les efforts de frottements resteront très réduits et l'effort de traction nécessaire à l'avancement du produit à vulcaniser restera négligeable.
L'emploi d'un liquide permettra en outre de prati- quer la vulcanisation à une pression très supérieure à la pression normale de vapeur saturée, correspondant à la température de vulcanisation . On peut ainsi compenser très efficacement les tensions internes des gaz, qui peuvent
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être émis par les produits occlus dans le mélange de caout- chouc, sous l'effet de la chaleur de la vulcanisation et qui risquent d'amener l'éclatement du caoutchouc . En outre, on peut ajouter au liquide des substances produisant, favo- risant ou accélérant la vulcanisation, de sorte qu'il peut servir non seulement d'agent physique ( chauffage) mais aussi d'agent chimique de vulcanisation .
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les caractéristiques qui ressortent tant des dessins que du texte faisant bien entendu partie de l'invention .
La figure 1 représente en coupe un mode de réa- lisation d'une installation conforme à l'invention avec chauffage de l'enceinte de vulcanisation par un gaz ou une vapeur sous pression .
La figure 2 en montre une variante .
La figure 3 montre en coupe un dispositif de liaison entre la tête d'une boudineuse et une enceinte de vulcanisation utilisable dans des installations conformes à l'invention .
La figure 4 représente en coupe et en élévation une installation conforme à l'invention avec chauffage par un liquide sous pression .
Dans la description relative aux figures 1 et 2 on décrira l'invention dans son application à la vulcanisa- tion d'isolants déposés sur une âme conductrice pour former un câble, mais cette application n'est pas limitative .
Sur la figure 1 on a envisagé le cas où le fluide chauffant est un gaz tel que de l'air, ou mieux un gaz. neu- tre non oxydant tel que N ou CO2.
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Le câble 1 à vulcaniser traverse une pièce d'en- trée 2, puis pénètre dans un tube 4 muni d'une envoloppe 5 et traverse la pièce de sortie 3 après avoir subi la vul- canisation . Le tube 4 qui forme l'enceinte de vulcanisation proprement dite est rempli d'un gaz chaud sous pression arrivant par une tubulure 15 après avoir traversé une pompe 18, un réservoir 17 et un réchauffeur 16 de toute nature convenable, électrique ( cas du dessin), à vapeur, à récu- pération, etc... La pompe 18 injecte la quantité de gaz correspondant aux fuites par les pièces d'extrémité 2 et 3.
La température du gaz dansle tube 5 est mainte- nue par une circulation de fluide chaud, à une température de préférence légèrement supérieure à celle du tube 4, par exemple de vapeur à la pression voulue, la vapeur arri- vant par la conduite 6 et sortant par la conduite 7 reliée à un purgeur non figuré . On évite ainsi des déperditions de calories du tube 4. Le chauffage du tube 5 pourrait naturellement être obtenu par d'autres moyens .
La pièce d'entrée 2 est constituée par un tube 8 contenant un certain nombre de cloisons 14 formant chambres de détente 9. Chacune de ces cloisons supporte une fi- lière 10 interchangeable dont l'alésage est un peu supé- rieur au plus gros diamètre du fil à vulcaniser, l'ensemble constituant ainsi une sorte de joint à labyrinthe .
La pièce de sortie 3 est composée d'éléments iden- tiques à la pièce d'entrée 2, telle qu'elle vient d'être décrite
On peut ajouter à la pièce d'entrée, un dispositif de refroidissement pour éviter une déformation du câble avant vulcanisation, par son passage dans une pièce d'en-
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trée trop chaude . Ce dispositif est constituédans l'exem- ple décrit par une enceinte 11 où l'on maintient une cir- culation d'eau froide par les tubulures 12 et 13 .
Si la vitesse de passage dana l'enceinte 4, vi- tesse choisie comme on l'a dit ci-dessus pour obtenir la vulcanisation, est de l'ordre de la vitesse avec laquelle on procède à l'application du caoutchouc sur le conducteur (avec une boudineuse par exemple), la pièce d'entrée 2 peut être supprimée et remplacée par la boudineuse elle-même à la tête de laquelle sera fixée, par joint étanche, l'ex- trémité du tube 4 de vulcanisation .
Dans le mode de réalisation représenté sur la fi- gure 2, on suppose que la boudineuse qui sert à revêtir de caoutchouc l'âme conductrice d'un câble, est raccordée directement à l'enceinte de vulcanisation, l'isolement du câble et la vulcanisation se faisant ainsi concurremment.
Le conducteur métallique 19 du câble, enroulé préa- lablement sur une bobine 20 est tiré par un cabestan 21 et pénètre dans l'axe de la boudineuse 22 qui peut être de tout modèle connu et qui ne sera pas décrite en détail. car sa constitution ne fait pas partie de l'invention . Cette bou- dineuse recouvre le conducteur 19 d'une couche de caoutchouc et le câble ainsi isolé passe dans le tube de vulcanisation 4 relié à la boudineuse par un tube intermédiaire 23, dont on décrira plus loin un exemple d'exécution particulièrement intéressant . Le câble passe ensuite à travers une pièce de sortie 3 améngée comme il a été dit ci-dessus, puis sur le cabestan de tirage 21 et il est enroulé finalement sur une bobine de recette 25.
Les tubes 23 et 4 sont remplis de vapeur d'eau sous pression qui arrive par le tuyau 26 d'une source de
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vapeur non figurée et est introduite à la pression et à la température convenables par le détendeur 27 et une vanne 28.
L'eau de condensation si elle se produit, pourra être éva- cuée par le purgeur 29.
Pour éviter la formation d'eau de condensation et pour éviter les variations de température du milieu vulcanisant, préjudiciables à une bonne vulcanisation, le tube 4 est entouré d'un autre tube 5 dans lequel circule de la vapeur d'eau ou de l'eau à une température supérieure à la température qui correspondrait à la saturation de la vapeur dans le tube 4 . Cette vapeur peut être amenée dans le tube 5 par l'intermédiaire d'un détendeur 30 et d'une vanne 31, l'eau de condensation étant évacuée par le pur- geur 32 . On maintient par ce procédé, dans le tube 4, de la vapeur surchauffée à une température parfaitement fixée.
Par exemple, si la vapeur contenue dans le tube 4 est à environ 150 et 4 K par cm2, la vapeur arrivant dans le tube 5 sera à environ 160 et 6 K par cm2.
Il va d'ailleurs de soi que le chauffage du tube 5 pourrait avoir lieu de toute autre façon, résistances élec- triques, gaz chaud, etc...
La vapeur provenant des quelques fuites qui peu- vent se produire à travers le joint à labyrinthe 3 est di- rigée dans un coffrage 33 dans lequel elle peut se conden- ser ou duquel elle peut s'échapper par une cheminée 34 .
Dansle cas où l'on utilise de la vapeur surchauf- fée comme fluide vulcanisant, on peut obtenir un meilleur échange de chaleur qu'avec un gaz parce que la chaleur spé- cifique de la vapeur est plus grande d'où une vulcanisation plus rapide et susceptible d'un réglage précis .
Il va de soi que les modes d'exécution suivant
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les figures 1 et 2 ne sont donnés qu'à titre d'exemple et qu'on pourrait les modifier ou en imaginer d'autres sans sortir pour cela du cadre de l'invention .
Dans le cas où l'on voudrait appliquer l'in- vention à la fabrication de tuyaux, il serait, bien enten- du, possible d'utiliser le procédé connu dans lequel on fait arriver dans la boudineuse une âme en caoutchouc qui est destinée à former la cavité du tuyau et qui est recouverte par la boudineuse de caoutchouc constituant la paroi proprement dite du tuyau .
La vulcanisation du caoutchouc déposé sur le boudin peut être réalisée dans les installations qui ont été décrites ci-dessus .
Les installations selon l'invention, en particu- lier suivant les figures 1 et 2, sont également applicables à la vulcanisation du caoutchouc disposé dans une enveloppe de plomb, comme le cas se présente notamment dans les câbles électriques . Il suffit de faire passer l'objet sous plomb à travers l'étuve, la chaleur étant transmise au caoutchouc à travers le plomb .
Dans le cas où la vulcanisation s'opère concurrem- ment avec la fabrication du caoutchouc ( par exemple cas de la figure 2) il n'est pas nécessaire d'utiliser une boudi- .neuse à débit continu ; on peut parfaitement avoir recours à une machine à fonctionnement discontinu, par exemple aux machines à galets du type bien connu, tout en conser- vant le passage continu à travers l'enceinte de vulcanisa- tion, à condition de prévoir, entre la boudineuse et l'en- ceinte, une boucle de longueur suffisante ou un autre dis- positif permettant de compenser la discontinuité .du fonc- tionnement de la machine d'application du caoutchouc .
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Le dispositif de liaison 23, dont il a été ques- tion dans la description de l'installation suivant la figure 2, et permettant de relier d'une manière étanche à la pression dans toute installation de vulcanisation suivant l'invention, la tête d'une boudineuse à l'enceinte de vulca- nisation proprement dite, peut être exécuté de la façon dé- crite ci-après .
Ce dispositif comporte essentiellement un tube pouvant coulisser par exemple au moyen d'une poignée et dont l'étanchéité, en période de fabrication, est assurée par des joints souples rendus automatiquement étanches sous l'action de la pression d'un fluide remplissant le tube .
Sur la figure 3 qui représente en coupe un tel dispositif, on voit en 41 la tête d'une boudineuse de type connu avec sa vis 41 a de transport du caoutchouc introduit en 41b, sa matrice ou filière 45 et sa vis de fixation 44.
Dans l'axe de la filière est disposée l'enceinte de vulca- nisation 43 constituée par exemple par un tube . Sur la tête 41 est fixé un joint souple 46a serré par un écrou 47a sur ladite tête et un autre joint identique 46b est fixé sur le tube de vulcanisation 43 par un écrou 47b.
Ces joints circulaires souples 46a et 46b ont une section en équerre ou cornière qui leur donne la forme d'une cuvette perforée et peuvent être réalisés en cuir ou en caoutchouc convenablement traité pour résister à la chaleur.
Un tube métallique coulissant 23 muni de deux poignées 48 peut venir recouvrir les joints 46a et 46b pendant le fonc- tionnement de la boudineuse et la vulcanisation, en assurant une liaison étanche entre la boudineuse et le tube de vulca- nisation .
Voici comment fonctionne ce dispositif .
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Au début d'une fabrication, celle d'un câble électrique par exemple, le tube coulissant 23 est déplacé vers le tube de vulcanisation 43 de façon à laisser apparaître la tête de la boudineuse On introduit une certaine longueur de lame conductrice du câble à travers le canal axial 41c de la boudineuse et le tube de vulcanisation 43. Puis la bou- dineuse est mise en marche et on procède comme il est connu au réglage de l'homogénéité de la section du caoutchouc débité par la filière autour de l'âme conductrice ; ce réglage effectué, on ramène vivement le tube coulissant dans la position indiquée sur la figure 3, à l'aide des poignées 48 et on admet le fluide de chauffage sous pression de l'enceinte de vulcanisation ( air, vapeur ou autre) dans le tube 45, par exemple par l'ajutage 43a.
Ce fluide rem- plit également le tube de liaison 23 en communication avec le tube 45 . Sous l'influence de la pression de ce fluide les joints 46a et 46b se déforment et viennent s'appliquer sur la paroi interne du tube 23 réalisant ainsi une jonction absolument -étanche. La mise sous caoutchouc et la vulcani- sation du câble peuvent alors se poursuivre normalement ,
Dans le cas d'un arrêt de la fabrication néces- sité par un défaut ( manque de matière, surépaisseur, cassu- re), il suffit de supprimer la pression qui règne dans les tubes 23 et 43 et de repousser vers 45 le tube 23 pour exa- miner le défaut et y remédier .
Ce dispositif de joint à tube coulissant possède sur d'autres dispositifs à vis ou emboîtements les avantages suivants : simplicité, étanchéité absolue et automatique, très grande rapidité de manoeuvre, ce qui est très important quand des défauts de fabrication surviennent .
La figure 4 représente un exemple d'installation
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conforme à l'invention avec chauffage par un liquide chaud et sous pression .
A l'orifice de sortie d'une boudineuse 51 de type connu ( dont on voit en 51a l'orifice d'entrée de caoutchouc, en 51b la vis de transport de la matière, en 51 la filière et en 51d des canaux de circulation d'un fluide chauffant) est relié un tube 52 soigneusement calo- rifugé . C'est dans ce tube que s'opère la vulcanisation du profilé 53 en caoutchouc, sortantde la filière et animé d'un mouvement continu le long de l'axe dudit tube. Le liquide servant à véhiculer la chaleur nécessaire à la vul- canisation est admis dans ce tube par une tubulure 54a et ressort par une autre tubulure 54b.
Une pompe de circulation 55 commandée par un moteur assure la circulation continue du liquide .
Un réchauffeur 57 à circulation de vapeur ( cas du dessin) électrique ou autre maintient le liquide à une température constante par l'intermédiaire d'un thermostat non figuré réglant la chaleur fournie par le réchauffeur.
(Ce thermostat pourrait être monté par exemple dans le tube 52) .
Une pompe 58 à pression constante et réglable commandée par un moteur maintient constante la pression du liquide . Un clapet 60 évite les retours à cette pompe dont le refoulement peut être branché par exemple sur le refoulement de la pompe de circulation 55 .
La pompe 58 est alimentée par un petit réservoir 11 contenant un peu de liquide .
A l'extrémité de sortie du tube 52 opposée à la boudineuse, le profilé traverse plusieurs chambres 62 sépa- rées par des cloisons 62a munies d'orifices coaxiaux, cali-
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brés approximativement suivant la section du produit vulca- nisé qui passe à travers ces orifices, l'ensemble formant une sorte de joint à labyrinthe .
Le produit passe ensuite dans une chambre 63 alimentée en 65 en air comprimé à une pression trèslégère- ment inférieure à celle du liquide dans le tube 52 .
Du fait de la légère différence de pression, un peu de ce liquide s'écoule dans la chambre 63, tombe dans la bouteille 64 et est évacué par le purgeur 65 dans le récipient 61.
On voit ainsi que, pratiquement, il n'y a pas de pertes de liquide, ce qui est intéressant dans le cas où l'on utilise un liquide spécial de prix élevé .
L'air comprimé est maintenu constammentà une pression très légèrement inférieure à celle du liquide par l'appareil équilibreur 68 . Cet appareil comporte un piston 70 au-dessus duquel est admis par le tube 69 le liquide sous pression et qui est soumis également à l'action anta- goniste d'un ressort de traction réglable 76 .
Ledit piston est solidaire d'un tiroir 70a qui contrôle la communication entre une tuyauterie 72 d'ad- mission dtair comprimé et un tube 71 relié à la chambre 63.
L'air comprimé provient d'un réservoir 73 alimenté lui-même par le compresseur 74 commandé par le moteur 75 .
On voit que si la pression du liquide est supé- rieure à l'effort du ressort 76, le piston distributeur descend et démasque plus ou moins complètement l'orifice 72 d'admission d'air .Si au contraire la pression du liquide devient inférieure à 1'effort du ressort l'admission de l'air est coupée .
Par un tarage convenable du ressort 76 on obtient
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ainsi que la pression du liquide reste un peu supérieure à celle de l'air comprimé .
Des chambres de détente multiples 77 agencées comme les chambres 62 permettent de maintenir sans perte d'air importante la pression d'air dans la chambre 63 .
Un dégazificateur 78 placé sur le circuit du liquide permet d'éliminer les gaz ayant pu être entraînés dans le tube .
Un purgeur 79 sert à vidanger le tube pour les manipulations et la mise en route .
Le profilé 53 dont la vulcanisation est terminée lorsqu'il arrive dans la chambre 77, est tiré à une vitesse uniforme par un cabestan de tirage 77a par exemple, et enroulé enfin sur une bobine 80 .
Le choix du liquide a une grande importance dans l'exploitation de l'installation décrite ci-dessus . Pour obtenir un liquide ayant une densité très voisine de l'objet à vulcaniser, on peut utiliser, soit une solution de sels dans l'eau, ( ainsi par exemple une solution aqueuse de chlorure de zinc dont la densité apparente peut aller suivant la concentration jusqu'à 1,5) soit une suspension de matières lourdes insolubles et pulvérulentes, comme par exemple du sulfate de baryte ( ainsi par exemple une boue baryteuse à 10 % de S04Ba en volume ( 50 % en poids) dont la densité apparente moyenne est de 1,35) soit encore un solide fondu (bitumes, métaux ou alliages à bas point de fusion, par exemple à point de fusion inférieur à 150 ).
En choisissant la concentration'de la solution ou de la suspension, on arrivera à régler très exactement la densité du liquide vulcanisant .
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D'autre part, il est possible de mettre en solu- ' tion dans le liquide choisi des produits favorisant la vul- canisation ou activant notablement sa vitesse ; le liquide jouant alors non seulement le rôle physique de fluide de chauffage, mais aussi le rôle chimique de vulcanisant ou d'accélérateur ou du moins de vulcanisant ou d'accélérateur complémentaire, si une partie des substances vulcanisantes a été déjà incorporée au caoutchouc avant ou pendant le boudinage.
Comme produits de ce genre propres à être dissous dans le liquide on peut citer à titre d'exemple un accélé- rateur de vulcanisation tel qu'un dithiocarbamate soluble dans l'eau, le pourcentage introduit étant fonction de la nature des mélanges de caoutchouc et de la rapidité de vul- canisation qu'on désire obtenir .
Il est ainsi possible d'utiliser dans la boudineu- se des mélanges de caoutchouc peu sensibles à prévulcani- sation, tout en assurant une grande vitesse de vulcanisa- tion.
Si l'on utilise un liquide constitué par une sus- pension, la décantation de cette suspension n'est pas à craindre du fait de l'agitation créée par le passage du profilé dans le tube, par le brassage dû à la circulation du liquide vulcanisant, et enfin aux courants de convection inévitable dans un liquide chaude Un autre avantage réside dans la suppression des générateurs de vapeur, d'installation et d'entretien onéreux. Enfin, le bilan thermique est bon car les pertes de calories sont faibles.