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Procédé et appareil pour l'extrusion de matières plastiques.
La présente invention est relative à l'extrusion de matiè- res organiques plastiques afin de leur donner des formes allon- gées ou continues ayant une section uniforme. Ces matières organiques plastiques seront mentionnées ci après sous le nom de "plastique" ou "plastiques".
L'objet principal de l'invention est l'extrusion de cer- tains plastiques qui à cause de leur viscosité, adhérence ou autres propriétés, ne peuvent être extrudés qu'avec une très grosse difficulté par les méthodes et appareils connus jusqu'à présent.
Jusqu'ici l'extrusion de la plupart des plastiques organi- ques a été faite en transformant les plastiques en gels ou pâtes au moyen de solvants volatils ou autres liquides de ramolisse- ment, qui ramollissent suffisamment le plastique pour pouvoir l'extruder. Cette pratique n'est pas à recommander à cause du temps requis pour le séchage et à cause du rétrécissement et des déformations qui se produisent dans le processus de gélifi- cation et qui rendent nécessaires des corrections fréquentes
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de la forme de la matière.
Des pâtes ou des gels présentent l'avantage de ne pas trop coller aux matrices, tandis que le plastique substantiellement dépourvu de solvant tend à y coller. Le collage du plastique substantiellement dépourvu de solvant a rendu difficile ou impos- sible l'obtention des avantages tels que l'absence de rétrécisse- ment qui auraient pu être obtenus autrement en extrudant les plastiques dépourvus de solvant par le procédé connu sous le nom de procédé par voie sèche.
L'inconvénient du procédé par voie sèche dû au collage dans la matrice dtexclusion a été supprimé dans un procédé antérieur au moyen d'un dispositif d'extrusion comprenant une matrice lubrifiée.
L'un des objets de la présente invention est de prévoir des perfectionnements à ce genre d'appareil et procédé antérieurs et notamment dans l'art d'extrusion de plastique dépourvu de solvant pour lui donner une forme ayant une épaisseur appréciable.
Un autre objet de l'invention est de supprimer les effets du collage ou de l'obstruction de plastiques,tels que par exemple du méthacrylate polyméthylique, dans des matrices d'extrusion par des moyens et méthode perfectionnés servant à empêcher les plas- tiques de venir en contact avec les surfaces des matrices qui leur donnent la forme requise.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un nouvel arrangement des éléments constitutifs de la matrice par lequel des articles creux, tels que tubes, ainsi que des objets à section pleine, tels que tiges, puissent être facilement extrudés sous des formes permanentes.
Les objets ci-dessus ainsi que d'autres sont obtenus sui- vant l'invention au moyen d'un appareil qui peut comprendre une matrice rotative et des éléments constitutifs d'un mandrin, ainsi que des moyens servant à maintenir un film de lubrifiant entre les dits éléments et le plastique.
Les détails d'un mode de réalisation de l'invention donné
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à titre d'exemple, sont décrits ci-après en se reportant au dessin ci-joint, qui est une vue seotionnelle de la construction et de l'arrangement d'une matrice rotative et d'un mandrin rota- tif avec les moyens lubrifiants appropriés pour la réalisation de l'invention,
En se reportant au dessin, l'appareil comprend un corps rigi- de de matrice ou bloc 1 ayant un passage 2 de section circulaire qui reçoit une matière plastique chauffée ou préparée d'une autre manière appropriée, par exemple du méthacrylate polyméthy- lique, arrivant sous pression d'un dispositif d'extrusion (non montré).
Ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus, le bloc de matrice 1 et ses parties associées qui seront décrits diaprés, sont des- tinés en premier lieu à reoevoir et à donner une forme déterminée à des plastiques sans solvant, mais il est évident que l'appareil n'est pas limité au traitement de ces plastiques. En ce qui concer' ne le dispositif d'extrusion et les accouplements appropriés pour la fixation à ce dispositif du bloc de matrice, on pourra faire usage d'une grande variété de modèles connus*
Le passage 2 suit une ligne courbe à 90 dans le bloc 1 et, ainsi que montré dans le dessin, il présente un diamètre ou alé- sage plus grand à la partie descendante du coude. Des moyens peu- vent être prévus pour le contrôle de la température du plastique dans le passage 2.
Les moyens de contrôle montrés comprennent une série de chenaux désignés par le chiffre 3, à travers lesquels on pourra faire circuler un fluide de chauffage ou de refroidis- sement approprié. Il est entendu que ce mode de construction d'un éohangeur de ohaleur n'est donné qu'à titre d'exemple, et qu'un grand nombre d'autres modes de construction pourront être adoptés pour le contrôle de la température du bloo et du plastique qu'il renferme.
Le mode de réalisation illustré de l'invention est adapté à donner au plastique à mesure qu'il est extrudé du passage 2, la forme d'un tube ayant une surface externe circulaire et un alésage interne, La surface externe du tube est formée par une
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matrice 4 ayant une paroi formatrice interne 4a de seotion circulaire qui définit un alésage légèrement plus grand que l'extrémité descendante du passage 2 et de même axe que celui- ci.
Le collage du plastique à la paroi formatrice 4a est empêché par un film d'huile substantiellement immiscible avec le plasti- que et qui est inerte à l'égard de celui-ci. L'huile est intro- duite dans la matrioe vers le haut à partir du point d'entrée du plastique et est maintenue entre la matrice et le plastique en tous points le long de leurs parties contigues.
Une tête lubrifiante 5 est prévue pour établir et maintenir le film de lubrifiant. En se reportant plus spécifiquement aux détails de la tête 5, celle-ci comprend des moyens appropriés tels que des filetages 6 pour la fixation de la tête au bloc de matrice 1, et une conduite de lubrification 7 connectée par un raccord 8 à une source de lubrifiant sous pression. Une soupape appropriée 9 est évidemment prévue pour régler l'écoulement et la pression du lubrifiant admis dans et à travers la conduite 7.
Une paroi interne 5a de la tête 5 forme une continuation progrès** sive du passage 2 à travers lequel le plastique est alimenté à la matrice. La paroi 5a peut s'évaser à son extrémité inférieure 10 pour faciliter la dilatation du plastique quand celui-ci pas- se dans l'alésage plus grand formé par la paroi de matrice 4a.
La oonduite 7 dans la tête de pression 5 alimente le lubrifiant vers un espace annulaire réduit ou passage 11 situé entre la paroi 4a et une surface externe correspondante 12 d'une partie de la tête de pression qui fait saillie dans la matrice. Avec cette construction, le lubrifiant peut être alimenté en tout point de la circonférence du plastique à mesure qutil quitte la tête évasée 10 de l'alésage 5a de la tête de pression et peut être alimenté d'une manière continue à des parties successives du courant de plastique à mesure qu'il est soumis à l'expansion jusqu'à avoir approximativement la forme de la paroi de la matrice.
Cependant, la forme de la paroi 4a n'est donnée au
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plastique qu'indirectement par l'intermédiaire du film de lubri- fiant interposé qui est maintenu sur toute la longueur de la matrice.
Pour assurer davantage le maintien du film de lubrifiant et pour empêcher le contact direct du plastique aveo la matrice,
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l'invention prévoit un mouvement oonstant de la matrice par rap- ¯ ,aà ' port au plastique, Ce mouvement psastae s'ajoute au mouvement rela- tif produit par le plastique qui se déplace à travers la matrice.
Dans le mode de réalisation illustré, ce mouvement est obtenu en faisant tourner la matrice autour du courant de plastique qui la traverse. D'une manière plus précise, la matrice 4 est supportée d'une manière rotative sur l'extrémité externe de la tête de pres" sion 5, un bourrage ou anneau de bourrage approprié 13 étant prévu entre la tête 5 et la matrice 4 de manière à maintenir sous pres- sion le lubrifiant dans la matrice. D'autres supports (non montrés) peuvent être prévus pour supporter à tous moments, d'une manière permettant la rotation, de l'extrémité descendante de la matrice en alignement approprié avec la tête 5.
Un pignon 21 fait tourner la matrice, lequel pignon lui est claveté ou fixé d'une autre ma- nière, et qui peut engrener avec l'engrenage moteur dtun méoanis- me moteur à mouvement variable de type connu (non montré).
Ainsi qu'indiqué ci-dessus, le mode de réalisation illustré est destiné à la production de tubes. L'alésage dans le plastique extrudé de la matrice 4 est déterminé par un mandrin 14 qui est supporté de manière à pouvoir tourner en alignement coaxial avec l'alésage de matrice 4a. Afin d'alimenter le lubrifiant et de main- tenir un film de ce lubrifiant entre le plastique et la surface formatrice de mandrin 14a, celui-ci s'étend à travers sa propre tête de pression, désignée par le chiffre 15. Ce dernier élément est fixé, au moyen de filetages par exemple, dans le bloc de matrice 1 et comprend une conduite 17 pour l'alimentation de lubri- fiant sous pression vers la surface de mandrin 14a.
Un second rac- cord 8 relie la conduite à la source de lubrifiant fluide, une soupape supplémentaire de réglage 17a étant prévue pour contrôler
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l'écoulement et la pression du lubrifiant alimenté au mandrin.
Le fonctionnement de l'appareil de la manière indiquée en connexion avec sa description peut néoessiter un refroidissement contrôlé du mandrin ou de la matrice, ou des deux, afin que la forme extrudée puisse se maintenir d'une façon permanente. Un tel contrôle peut être obtenu pour le mandrin en y formant un alésage 14a dans lequel un agent de contrôle de la chaleur pour- ra être introduit, par exemple par un tuyau 20 disposé ooaxiale- ment. Un contrôle similaire peut être prévu pour la matrice au moyen d'un bain, courant ou par aspersion de l'agent de contrôle de température. Il est bien entendu que ces détails peuvent être modifiés ou qu'on pourra employer des moyens équivalents de trans. fert et de contrôle de la température de tous types oonnus.
Alors que, aussi bien la matrice 4 que le mandrin 14 ont été illustrés et décrits comme ayant un mouvement rotatif, il est bien entendu que la forme du plastique à extruder peut ren- dre nécessaire le montage de l'un ou l'autre de manière non rota- tive. Dans un tel cas, il pourrait être nécessaire de donner à l'élément non-rotatif une longueur beaucoup plus grande que celle de l'élément rotatif et de refroidir l'élément non-rotatif à une allure plus lente.
L'économie des frais d'établissement de la matrice et d'espace nécessaire au fonctionnement rendue possible par la présente invention peut être considérable, Suivant la présente invention, la longueur efficace du mandrin ne doit être qu'approximativement trois fois son diamètre et la longueur effi- oaoe de la matrice ne doit être que légèrement plus longue que la longueur efficaoe du mandrin,
L'invention présente encore cet avantage de prévoir des films de lubrifiant entre le plastique et tous les points de la matrice et du mandrin qui forment des surfaces contigues au plas- tique. Lorsque l'appareil fonctionne, le lubrifiant est de préfé- rence introduit et maintenu à une pression environ égale à la pression du plastique contigu.
Alors qu'un seul mode de réalisation de l'invention a été illustré, de nombreuses modifications pourront évidemment être
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apportées sans sortir,de la portée de l'invention.
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Method and apparatus for the extrusion of plastics.
The present invention relates to the extrusion of organic plastics in order to give them elongated or continuous shapes having a uniform section. These plastic organic materials will be mentioned below under the name of "plastic" or "plastics".
The main object of the invention is the extrusion of certain plastics which, because of their viscosity, adhesion or other properties, can only be extruded with very great difficulty by the methods and apparatus known hitherto. .
Hitherto the extrusion of most organic plastics has been done by turning the plastics into gels or pastes using volatile solvents or other softening liquids, which soften the plastic enough to be able to extrude it. This practice is not recommended because of the time required for drying and because of the shrinkage and deformations which occur in the gelation process and which necessitate frequent corrections.
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of the form of matter.
Pastes or gels have the advantage of not sticking too much to the dies, while the substantially solvent-free plastic tends to stick to them. The sizing of the substantially solvent-free plastic made it difficult or impossible to achieve the benefits such as freedom from shrinkage that might otherwise have been obtained by extruding the solvent-free plastics by the process known as dry process.
The drawback of the dry process due to sticking in the exclusion matrix has been eliminated in a previous process by means of an extrusion device comprising a lubricated matrix.
One of the objects of the present invention is to provide improvements to this type of prior apparatus and method and in particular in the art of extruding plastic devoid of solvent to give it a shape having an appreciable thickness.
Another object of the invention is to suppress the effects of sticking or clogging of plastics, such as for example polymethyl methacrylate, in extrusion dies by improved means and method serving to prevent the plastics from sagging. come into contact with the surfaces of the dies which give them the required shape.
Another object of the invention is to provide a new arrangement of the constituent elements of the die whereby hollow articles, such as tubes, as well as objects with a solid section, such as rods, can be easily extruded into permanent forms.
The above objects and others are achieved according to the invention by means of an apparatus which may include a rotating die and components of a mandrel, as well as means for maintaining a film of lubricant. between the said elements and the plastic.
Details of a given embodiment of the invention
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by way of example, are hereinafter described with reference to the accompanying drawing, which is a sectional view of the construction and arrangement of a rotary die and a rotary mandrel with the lubricating means. suitable for carrying out the invention,
Referring to the drawing, the apparatus comprises a rigid die body or block 1 having a passage 2 of circular cross-section which receives a plastic material heated or prepared in another suitable manner, for example polymethyl methacrylate, coming under pressure from an extrusion device (not shown).
As mentioned above, the die block 1 and its associated parts, which will be described later, are intended primarily to receive and shape solvent-free plastics, but it is obvious that the device is not limited to processing these plastics. With regard to the extrusion device and the appropriate couplings for the attachment to this device of the die block, use can be made of a wide variety of known models *
Passage 2 follows a 90-curved line in block 1 and, as shown in the drawing, has a larger diameter or bore at the downward portion of the elbow. Means may be provided for controlling the temperature of the plastic in passage 2.
The control means shown comprise a series of channels designated by the number 3, through which a suitable heating or cooling fluid can be circulated. It is understood that this method of constructing a heat exchanger is given only by way of example, and that a large number of other methods of construction may be adopted for controlling the temperature of the bloo and of the plastic it contains.
The illustrated embodiment of the invention is adapted to give the plastic as it is extruded from passage 2 the shape of a tube having a circular outer surface and an internal bore. The outer surface of the tube is formed by a
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die 4 having an internal forming wall 4a of circular seotion which defines a bore slightly larger than the descending end of the passage 2 and of the same axis as the latter.
Bonding of the plastic to the forming wall 4a is prevented by a film of oil substantially immiscible with the plastic and which is inert to the latter. Oil is introduced into the matrix upward from the point of entry of the plastic and is held between the matrix and the plastic at all points along their contiguous portions.
A lubricating head 5 is provided to establish and maintain the lubricant film. Referring more specifically to the details of the head 5, this comprises suitable means such as threads 6 for fixing the head to the die block 1, and a lubrication line 7 connected by a fitting 8 to a source. lubricant under pressure. A suitable valve 9 is obviously provided to regulate the flow and the pressure of the lubricant admitted into and through the line 7.
An inner wall 5a of the head 5 forms a progressive continuation of the passage 2 through which the plastic is fed to the die. Wall 5a may flare at its lower end 10 to facilitate expansion of the plastic as it passes through the larger bore formed by die wall 4a.
The line 7 in the pressure head 5 supplies the lubricant to a reduced annular space or passage 11 located between the wall 4a and a corresponding outer surface 12 of a portion of the pressure head which protrudes into the die. With this construction, the lubricant can be supplied to any point on the circumference of the plastic as it leaves the flare head 10 of the pressure head bore 5a and can be supplied continuously at successive parts of the stream. of plastic as it is subjected to expansion until it approximates the shape of the wall of the die.
However, the shape of the wall 4a is not given to the
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plastic only indirectly through the interposed lubricant film which is maintained along the entire length of the die.
To further ensure the retention of the lubricant film and to prevent direct contact of the plastic with the die,
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the invention provides for constant movement of the die with respect to the plastic. This psastae movement is in addition to the relative movement produced by the plastic which moves through the die.
In the illustrated embodiment, this movement is achieved by rotating the die around the flow of plastic passing through it. More specifically, the die 4 is rotatably supported on the outer end of the pressing head 5, with a suitable tamping or ring 13 being provided between the head 5 and the die 4 of the pressure die. so as to keep the lubricant in the die under pressure. Other supports (not shown) may be provided to support at all times, in a manner permitting rotation, the descending end of the die in proper alignment with the die. head 5.
A pinion 21 rotates the die, which pinion is keyed or otherwise secured thereto, and which can mesh with the driving gear of a known type variable motion motor mechanism (not shown).
As indicated above, the illustrated embodiment is intended for the production of tubes. The bore in the extruded plastic of the die 4 is determined by a mandrel 14 which is rotatably supported in coaxial alignment with the die bore 4a. In order to supply the lubricant and to maintain a film of this lubricant between the plastic and the mandrel-forming surface 14a, the latter extends through its own pressure head, designated by the numeral 15. The latter element is fixed, by means of threads for example, in the die block 1 and comprises a line 17 for the supply of lubricant under pressure to the mandrel surface 14a.
A second fitting 8 connects the line to the source of fluid lubricant, an additional control valve 17a being provided to control.
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the flow and pressure of the lubricant supplied to the mandrel.
Operation of the apparatus in the manner set forth in connection with its description may require controlled cooling of the mandrel or die, or both, so that the extruded shape can be permanently maintained. Such control can be obtained for the mandrel by forming therein a bore 14a into which a heat control agent can be introduced, for example through a pipe 20 arranged ooaxially. Similar control can be provided for the matrix by means of a bath, stream or by spraying the temperature control agent. Of course, these details can be changed or that equivalent trans means can be used. fertility and temperature control of all known types.
While both die 4 and mandrel 14 have been illustrated and described as having a rotary motion, it is understood that the shape of the plastic to be extruded may make it necessary to mount either of them. non-rotating way. In such a case, it might be necessary to give the non-rotating member a length much greater than that of the rotating member and to cool the non-rotating member at a slower rate.
The savings in the cost of setting up the die and in operating space made possible by the present invention can be considerable. According to the present invention, the effective length of the mandrel should only be approximately three times its diameter and the length of the mandrel. effective length of the die must be only slightly longer than the effective length of the mandrel,
The invention also has the advantage of providing films of lubricant between the plastic and all the points of the die and of the mandrel which form surfaces contiguous with the plastic. When the apparatus is in operation, the lubricant is preferably introduced and maintained at a pressure approximately equal to the pressure of the adjacent plastic.
While only one embodiment of the invention has been illustrated, many modifications could obviously be
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made without departing from the scope of the invention.