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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES DE CHAUFFAGE DES MATIERES THERMO-PLASTIQUES.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux procédés,de chauffage des matières thermo-plastiques et des matières plastiques à prise thermique, ainsi qu'à un appareillage perfectionne permettant la mise en oeuvre des dits procédés d'une manière économique et efficace.
Il est depuis longtemps connu dans la technique du traite- ment des matières plastiques ci-dessus mentionnées de les chauffer à une température qui les rend assez molles et assez plastiquespour permettre leur moulage ou toute autre mise en forme. La température à laquelle les dites matières plastiques doivent être chauffées varie suivant le type de la matière, mais elle est connue et prédé- terminée pour chaque type. Dans la pratique antérieure , on amenait fréquemment la matière sur une surface chauffée, maintenue à une température nécessairement supérieure à la température prédéterminée à laquelle la matière doit être chauffée.
Comme la vapeur, aux pres-
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sions usuelles, .n'est pas assez chaude pour porter la surface chauf- fante à la température nécessaire, lorsqu'on traite certains types de matières plastiques de la classe en question, on a pris l'habitude d'utiliser, ou bien de la vapeur à très haute pression, ou bien de la vapeur surchauffée ,ou encore, dans de nombreux cas, d'employer des éléments chauffants électriques à résistance, pour chauffer la surface chauffante qui, à son tour, chauffe la matière en traitement.
On voit qu'avec cette méthode de chauffage, le taux de conduction de la chaleur ,depuis la surface extérieure de la matière en contact avec la surface chauffante jusqu'à la partie de la matière la plus éloignée de la dite surface chauffante est un facteur déterminant en ce qui concerne la durée de l'opération. Par suite, la conductibilité calorifique de ces matières étant relativement faible, et la surface chauffante ne pouvant être maintenue à une température trop élevée, sans danger d'endommager la matière en traitement, le taux de produc- tion des matières thermo-plastiques et des matières plastiques à prise thermique est notablement restreint pour une dimension donnée de l'appareil comportant une surface chauffante destinée à chauffer la dite matière.
Le but principal de l'invention est la constitution d'un procédé exempt des inconvénients des procédés antérieurs et, par suite, permettant une plus grande rapidité de production des matières thermo-plastiqes chauffées ou des matières thermo-plastiques à prise thermique, d'une manière plus sûre qu'auparavant.
L'invention envisage également la constitution d'un appa- reillage efficace pour la mise en oeuvre du dit procédé.
En vue des buts ci-dessus et de quelques autres qui appa- raitront à l'homme de l'art d'après la description qui va suivre, l'invention comprend un procédé comportant 1'utilisation d'une pro- priété latente du type particulier de matières en question : la pro- priété diélectrique, grâce à laquelle il devient possible et commer- cialement praticable de chauffer l'intérieur des dites matières de façon pratiquement uniforme à la température prédéterminée, sans. danger de chauffage excessif ou d'autres causes de détérioration de
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--la matière.
On introduit une masse de la dite matière dans un champ à haute fréquence, de fréquence et de potentiel convenablement adaptés à l'épaisseur de la matière et on maintient cette dernière sous l'influence du dit champ pendant un temps suffisant à l' échauf- fement de la matière jusqu'à la température prédéterminée, après quoi on la soustrait à l'influence du dit champ.
L'invention sera mieux comprise à l'examen des dessins joints qui en représentent schématiquement , à titre d'exemple non limitatif ,un mode particulier de mise en oeuvre.
La figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une forme de réalisation d'appareil applicable à la mise en oeuvre efficace du procédé selon l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale partielle selon la droite 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est un schéma explicatif des caractéristiques de base de l'invention. On s'y référera ci-après au cours de la description du procédé, objet de l'invention.
A la figure 3, le numéro de référence 10 désigne un cy- lindre de pilonnage comportant une ouverture de remplissage avec trémie 11, pour l'introduction dans le dit cylindre de la matière thermo-plastique ou de la matière plastique à prise thermique, d'or- dinaire en petits morceaux ou en grains. A l'intérieur du dit cy- lindre est ajusté de façon précise un piston 12, formant pilon et susceptible d'être animé d'un mouvement de va et vient au moyen de la tige 13, actionnée de façon convenable , non représentée.
L'extrémité intérieure du cylindre s'ouvre dans un obus
14 dont la surface intérieure de la cloison est cylindrique. A l'in- térieur de l'obus est un noyau, fréquemment dénommé dans cette branche de la technique : une torpille, dont la partie centrale com- porte une surface extérieure cylindrique 15, concentrique à la sur- face intérieure de l'obus, mais de diamètre plus faible que celle-ci
Grâce à cette disposition, il est ménagé entre les deux surfaces un espace qui constitue un passage pour la matière à chauffer.
Le noyau
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ou torpille a son extrémité 16 la plus voisine du cylindre de pilon- nage 10 convenablement amincie en forme de cône, ou en profil aérodynamique, de manière à faire dévier la matière arrivante, pous- sée par le piston de pilonnage 12, vers l'intervalle ménagé entre le noyau ou torpille et la surface intérieure de l'obus. L'extrémité opposée 17 de la dite torpille est également amincie de manière con- venable, pour laisser un libre passage à la matière chauffée prove- nant de l'intervalle. A l'obus 14 est fixé un dispositif en forme d'entonnoir 18, qui sert à conduire la matière de l'intervalle ci- dessus mentionné à un dispositif de moulage ou de poinçonnage quel- conque, en vue de l'utilisation de la matière chauffée.
Dans l'appareil que représente la figure 3, le noyau ou torpille , est isolé électriquement de l'obus 14 et il est supporté rigidement à l'intérieur de celui-ci au moyen de supports isolants convenables , indiqués schématiquement en 19, de manière à ne pas bloquer entièrement l'intervalle entre les deux pièces, mais à lais- ser, entre les isolateurs, des passages assurant l'écoulement de la matière plastique.
Une source convenable d'énergie électrique à haute fré- quence de nature quelconque, telle qu'une génératrice magnéto-élec- trique, ou des tubes de puissance, peut être utilisée pour fournir un champ électrostatique à haute fréquence à la matière plastique dans le passage entre la surface cylindrique 15 du noyau et la sur- face interne de l'obus 14. A la figure 3, une telle source d'électri- cité à haute fréquence est représentée schématiquement par le cercle 20. La dite source a une borne reliée à l'obus 14 par un conducteur indiqué en 21, et son autre borne reliée au noyau par des moyens con- venables, représentés schématiquement par le conducteur 22.
La matière à chauffer est introduite dans le cylindre de pilonnage 10 à travers la trémie 11, le piston de pilonnage 12 étant alors à l'extrémité extérieure du cylindre. Après l'introduction d'une charge de matière le piston 12 est poussé à l'intérieur, de manière refouler la matière vers l'extrémité avant conique 16 du noyau ,qui fait dévier la dite matière vers l'extérieur, à partie de l'axe
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central longitudinal du noyau et l'oblige à pénétrer entre la sur- face cylindrique 15 et la surface intérieure de l'obus 14, ce qui amène dans l'intervalle une couche de matière d'épaisseur pratique- ment uniforme.
A la fin de sa course vers l'intérieur, le piston 12 s'achemine vers l'extérieur, dépassant l'ouverture de remplissage d'une distance suffisante pour permettre l'introduction d'une nouvel- le charge de matière dans le cylindre de pilonnage. La course sui- vante vers l'intérieur du piston 12 pousse cette nouvelle charge dans l'intervalle noyau-obus et, de la sorte, repousse en avant la couche de matière qui y avait été précédemment introduite. Les mouve- ments de va et vient répétés du piston et l'alimentation intermitten- te du cylindre en matière plastique causent ainsi un déplacement in- termittent de matière dans l'intervalle défini ci-dessus et ensuite, hors du dit intervalle et, à travers l'organe 18, qui la conduit au moule, ou autre dispositif d'utilisation de la matière chauffée.
Si le volume de 1(intervalle mentionné est dans un rapport tel au volume de charge de matière que le dit intervalle soit com- plètement rempli par chaque charge, la couche de matière dans l'in- tervalle y reste seulement pendant l'espace de temps qui sépare deux courses consécutives du piston.
Si, au contraire , le dit intervalle est de trop grand volume pour pouvoir être complètement rempli par une charge de matière, toute la matière se trouvant dans l'intervalle n'est pas évacuée à chaque course diston 12 vers l'intérieur, mais seulement une partie de celle-ci, de volume équivalent à celui de la charge comprimée arrivante et la partie restant entre la charge arrivante et la partie évacuée n'est pas poussée en avant d'une der- taine distance dans l'intervalle et se trouve maintenue dans le champ électrostatique, pour un temps correspondant à un certain nombre de courses du piston de pilonnement nécessaires à l'évacuation de la matière située dans le dit intervalle.
Par conséquent, la durée du séjour de la matière dans le champ électrostatique peut être fixée par la détermination des proportions de l'appareil, en supposant que le champ électrostatique soit maintenu continuellement. Cette durée
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peut également être fixée si l'on interrompt le circuit électrique aux intervalles de temps voulus.
Tant que la matière est dans le champ électrique à haute fréquence , chacune de ses parties est soumise à l'effet du dit champ et sa température s'élève à un degré pratiquement égal, le taux d'augmentation de température étant fonction de la fréquence et de la chute de potentiel par unité d'épaisseur de la couche de matière se trouvant dans l'intervalle ci-dessus défini, mesurée radialement entre la surface externe 15 du noyau et la surface in- terne de l'obus 14, les deux surfaces agissant comme des surfaces d'électrodes intercalées dans le circuit électrique.
La différence de potentiel entre les deux surfaces d'élec- trodes doit toujours être inférieure à celle pour laquelle la couche diélectrique serait rompue et qui dépend du type de matière en traitement . En pratique, pour chauffer de façon effective la plupart des matières, la dite différence de potentiel n'a pas be- soin de dépasser 200 volts par millimètre d'épaisseur de la couche et elle ne doit pas être inférieure à 50 volts par millimètre.
La fréquence du champ ne doit pas, de préférence, être inférieure à 2 mégacycles et, dans la pratique ordinaire, elle n'a pas besoin de dépasser 50 mégacycles.
On a représenté à la figure 1 une forme de mise en prati- que de l'invention, suivant laquelle le cylindre de pilonnage est constitué par un cylindre à plongeur 23, avec garniture 24, à l'in- térieur de laquelle un plongeur 25 est disposé de manière à être entraîné en mouvement alternatif par tous moyens convenables , non représentés. En 26 est représentée l'enveloppe du dispositif de chauffage, pourvue d'un flasque 27, s'adaptant au flasque 28 du cylindre 25 et maintenu contre celui-ci au moyen de vis à métaux 29.
La dite enveloppe est réalisée à son extrémité, de manière à admettre un prolongement de la garniture du cylindre,prolongement dont la surface interne est conique. Au fond de ce réalésage est disposé un système isolateur avant comprenant une partie annulaire 30 (figures 1 et 2) maintenue en place par l'extrémité du prolonge- ment de la garniture du cylindre, la ditegarniture présentant un
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épaulement 31, logé dans un réalésage de la partie postérieure du cylindre 23, comme représenté à la figure 1. Grâce à cette disposi- tion l'isolateur est maintenu en place, mais peut être aisément enlevé et remplacé ,si l'on dévisse les vis à métaux 29 et qu'on sépare le cylindre 23 de l'enveloppe 26.
L'isolateur avant, ci-dessus mentionné, porte un certain nombre de bras 32, s'étendant radialement vers l'intérieur et assu- rant un contact ferme avec la surface externe d'un noyau, ou torpille présentant une extrémité avant amincie ou pointue 33 qui pénètre dans l'alésage conique du prolongement de la garni tare du cylindre, formant ainsi un passage pour la matière en traitement.
L'extrémité arrière 34 du dit noyau est amincie ou arrondie Entre l'extrémité avant 33 et l'extrémité arrière 34, les surfaces 35 du noyau sont légèrement coniques et supportées,vers l'extrémité arrière, par un isolateur arrière qui, comme l'isolateur avant comprend un anneau 36 et un certain nombre de bras radiaux 37, s'étendant vers l'intérieur, dont les extrémités internes sont en contact étroit avec la surface conique 35 du noyau. L'anneau de l'isolateur 36 est logé dans un réalésage à l'arrière de 'enveloppe 26 et il y est maintenu par un flasque annulaire 38, en saillie sur un organe en forme d'entonnoir 39, qui sert à l'évacuation de la matière chauffée et est fixé, de façon détachable à l'extrémité arrière de l'enveloppe 26 d'une manière quelconque convenable,telle qu'au moyen de vis à métaux 40.
Comme on le voit à la figure 1 l'isolateur arrière peut être enlevé et remplacé , par enlèvement de la pièce 39.
L'isolateur arrière présente, un passage traversant radiale. ment l'un de ses bras et son anneau , et est destiné à recevoir un conducteur 41, connecté au noyau, se prolongeant à l'extérieur de l'enveloppe 26, à travers un manchon isolant 42 et connecté à l'une des bornes de la source d'énergie électrique à haute fréquence, re- présentée schématiquement à la figure 1 par le cercle 43. L'autre borne de la dite source est connectée à l'enveloppe 26 de toute manière convenable, par exemple, au moyen d'un conducteur 44.
Il est à noter que la surface intérieure de l'enveloppe qui
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se trouve en face de la surface conique 35 du noyau présente une conicité correspondante , de manière à. ménager un passage entre la dite enveloppe et le dit noyau, qui est de dimension radiale uni- forme, les dites deux surfaces coniques servant de surfaces d'élec- trodes entre lesquelles la Entière à traiter est amenée pour être chauffée par l'effet du champ électrostatique à haute fréquence. Les dites surfaces d'électrodes sont moins espacées entre elles que les autres parties de l'enveloppe et du noyau., de manière à concentrer le champ autant que possible, entre les dites surfaces d'électrodes.
En faisant la surface d'électrode 35 du noyau, conique et de plus grand diamètre en avant ( à droite sur la figure) qu'en arrière, et en inclinant de façon correspondante les surfaces des extrémités intérieures des bras d'isolateurs 32 et 37, de manière à obtenir un ajustement précis contre la surface 35 du noyau, on obtient que les efforts exercés sur les bras d'isolateur par la pres- sion de la matière sur l'extrémité avant du noyau soient en grande partie des efforts de compression queuvent le mieux être supportés par les matières utilisées à la fabrication de tels isolateurs.
En pratique, la matière isolante est la céramique et elle est suffisam- ment réfractaire pour subir sans danger les températures auxquelles les dits isolateurs peuvent tre soumis au cours d'un fonctionnement continu de longue durée de l'appareil de chauffage.
L'organe d'évacuation de la matière chauffée hors de l'intervalle ménagé dans l'appareil de chauffage, organe représenté , dans l'exemple choisi, sous forme d'un dispositif en forme d'entons noir 39, peut comporter une tuyère d'évacuation 45, disposée pour déboucher dans l'orifice de remplissage d'un moule représenté en 46, si l'appareil est utilisé pour charger des moules.
On voit que la matière est chassée par le plongeur oscil- lant 25 jusqu'au contact avec l'extrémité avant, à conicité allongée du noyau, qu'elle est déviée dans le passage existant entre les sur- faces d'électrodes et que, finalement, elle est évaouée à travers l'organe d'évacuation, représenté par la pièce en entonnoir 39, dans lemoule,nu autre appareil d'utilisation.
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Pendant que la matière est datas le passage entre les surfaces d'électrodes, elle a la forme d'une couche d'épaisseur pratiquement uniforme. Dans cet état , elle est soumise à l'effet du champ électrostatique à haute fréquence engendré par l'énergie de la source 43 entre les surfaces d'électrodes, qui sont mainte- nues aux potentiels voulus pour donner , à la haute fréquence employée, l'effet de chauffage nécessaire.
Le dit effet de chauffage étant dû à une action interne et ne se continuant pas après l'enlèvement de la matière hors de l'influence du champ, et pouvant d'ailleurs être interrompu in- stantanément par coupure du circuit aboutissant aux électrodes, ou par éjection rapide de la matière chauffée hors du passage désigné plus haut, dès qu'elle a atteint la température désirée, il n'y a aucun danger de surchauffage de la matière, tel qu'il se produit avec une surface chauffante portée à une température trop élevée conformément aux méthodes anciennes.
L'invention est, bien entendu, susceptible de variantes multiples dans le détail des organes représentés sans que sa por- tée en soit limitée.