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La présente invention concerne la fabrication de globales minuscules de matière plastique, telle que des esters nitrocelu- losiques, qui convient comme poudre de moulage plastique.
La présente invention vise un procédé de fabrication de globales minuscules de matière durcie plastifiable, procédé qui consiste à préparer une laque molle de la matière plastifiable et d'un solvant non miscible à l'eau; à mettre en suspension de petits corps de la laque dans une liqueur de suspension aqueuse; @ soumettre les corps de laque à un cisaillement liquide pendant quils sont dans la liqueur de suspension aqueuse pour désintégrer les corps de laque et disperser les particules désintégrées dans la liqueur de suspension ; pendant qu'elles sont ainsi dis- persées, à éliminer le solvant des particules de laque en suspen- sion.
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Dans la fabrication des poudres propulsives conformément à la technique connue sous le nom de procédé de poudres globulai res, on transforme la nitrocellulose en corps quasi sphériques en dispersant dans un véhicule aqueux une laque composée de nitro- cellulose et d'un solvant non miscible à l'eau, tel que l'acétate d'éthyle. On solidifie la laque, pendant qu'elle est en suspension sous la forme de gouttelettes dans le milieu aqueux, en chassant le solvant de la laque par distillation.
Les grains quasisphéri- ques résultants étaient jusqu'ici obtenus dans des dimensions ap- propriées pour fabriquer des poudres propulsives, c'est-à-dire que leur diamètre était compris entre 0,229 mm et environ 1,016mm.Dans la gamme comprise entre 0,229 mm et environ 0,635 mm., il était pos- sible de contrôler la dimension des grains constituant la majeure partie d'une masse dans les limites de - ¯ 0,076 mm en réglant la vitesse d'agitation, la viscosité de la laque et certaines autres variables, mais les techniques mises en oeuvre pour régler la di- mension de ces grains globulaires dans les gammes de dimensions ordinaires des poudres propulsives se sont révélées incapables de donner des masses de tels grains dont la majorité aurait une di- mension inférieure à 0,168 mm ou supérieure à 0,889 mm,
bien que dans beaucoup de masses ainsi obtenues dans l'industrie, il arrive qu'on trouve quelques grains inférieurs à 0,168 mm. ou supérieurs à 0,889 mm.
Jusqu'ici, on a constaté que le procédé des poudres globu- laires était applicable à la fabrication de grains quasi-sphériques d'une variété de matières plastiques qui pouvaient être plastifiées par des solvants non miscibles à l'eu (tels que l'acétate d'éthyle, l'acétate d'isopropyle, la méthyl éthyl cétone et des mélanges de cette dernière avec le toluène en proportion de 4 à 1) qu'on peut faire distiller à des températures inférieures au point d'ébulli- tion du milieu aqueux dans lequel les globules de cette laque sont en suspension.
Parmi les produits qui peuvent être transformés de n. nière commode en crains quasi-sphériques par le procédé de l'in-
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vention, on cite les diverses matières plastiques de moulage par- mi lesquelles se trouvent la nitrocellulose et l'acétate de cel- lulose. Bien qu'on ait antérieurement fait des essais pour utiliser des grains globulaires de nitrocellulose comme matière de moulage, on a rencontré des difficultés pour obtenir l'homogénéité de l'ar- ticle moulé résultant, lorsque ces grains sont utilisés. Il semble qu'on puisse attribuer cet effet dans une grande mesure à la gros- seur des grains sphériques de nitrocellulose ou, plus particuliè- rement, à l'importance des vides séparant des sphères contiguës quand elles sont entassées.
Bien que dans un volume donné de sphè- res parfaitement entassées, le volume total des vides soit le même, que les sphères soient grandes ou petites, le facteur déterminant, en ce qui concerne des poudres de moulage et des produits analo- gues, est la hauteur maximum du vide entre chaque groupe de sphè- res.(On entend, par "hauteur maximum du vide , la distance compri- se sur une droite qui s'étend entre le point de tangence de deux sphères en direction du centre d'une troisième sphère, entre ledit point de tangence et le point où la droite 'rencontre la troisième sphère). A l'état sec, ces vides sont remplis d'air, mais lorsque les sphères sont dans une suspension liquide, les vides sont rem- plis par le liquide dans lequel elles sont en suspension.
La "hau- teur maximum" de ces vides tend vers le rayon des sphères et, en conséquence, plus ces sphères sont petites, plus la hauteur des vides est faible, ainsi, lorsque les sphères ont un diamètre de l'ordre de 0,406 mm, les vides ont une "hauteur maximum de l'or- dre de 0,203 mm et par conséquent, dans tout procédé de moulage dans lequel il faut que le produit moulé devienne homogène, la matière des sphères individuelles doit être refoulée pour remplir ces vides. Le degré de la force requise est déterminé non seule- ment par la viscosité de la matière plastique au moment où cette force est appliquée, mais également par la distance maximum sur laquelle une sphère plastifiée individuelle doit 'être-obligée de fluer pour'remplir le vide laissé entre cette sphère et sa voi-
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sine.
La présente invention a donc pour objet un procède pour produire des corps quasi-sphériques solidifiés ayant un diamètre inférieur à 0,168 mm et, de préférence, de l'ordre de 0,051 mm.
La présente invention vise un procédé de fabrication de corps sphériques ou quasi-sphériques en matière plastifiable dur- oie, ayant un diamètre inférieur à 0,168 mm qui consiste : à pré- parer une laque molle de la matière plastifiable avec un solvant qui est sensiblement non miscible à l'eau à former une suspension de petits corps de laque molle dans une liqueur aqueuse ; enfin, à soumettre la suspension à un cisaillement liquide afin de désinté- grer les corps de laque qui y sont contenus. On maintient les corps désintégrés de laque dans une suspension de ce genre jusqu'à ce qu'ils soient devenus ronds,et ensuite jusqu'à ce qu'on ait et durcir les corps individuels en en chassant le solvant.
Par l'expression "cisaillement liquide", telle qu'on Inutilisé ici, on entend un procédé d'attrition du genre qu'on réalise par le choc ou le "heurt latéral" de courants liquides se déplaçant à une vi- tesse relativement élevée dans des récipients fermés, par exemple l'action des homogénéiseurs classiques et des turbo-mélangeurs à vitesse élevée (et non l'attrition due aux chocs avec un organe solide ou entre des organes solides).
On cite la nitrocellulose à titre-d'exemple d'une matière solide à traiter conformément à la présente invention. La nitro- cellulose utilisée peut être sèche, mouillée par l'eau ou mouil- lée par l'alcool, fibreuse ou gélatinisée au préalable avant d'être transformée en laque. On peut préparer la laque avec n'importe quel solvant qui soit sensiblement non miscible à l'eau et qu'on puisse facilement chasser des corps de laque, par exemple par va- porisation. Des solvants appropriés sont l'acétate d'éthyle, l'acé- tate d'isopropyle, la méthyl éthyl cétone, ou un mélange compre- nant 4 parties de méthyl éthyl cétone et 1 partie de toluène. La laque peut également contenir des stabilisants, des modificateurs et/ ou des plastifiants, selon les nécessités.
La quantité de sol- vant utilisée dépend de la viscosité qu'on désire conférer à la
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laque au moment de son extrudage, et cette caractéristique dépend à son tour, entre autres facteurs, de la viscosité inhérente de la nitrocellulose utilisée. Pour obtenir des résultats optima, on recommande d'utiliser une laque dont la viscosité se rapproche de celle d'une laque constituée par 4 parties en poids d'acétate' d'é- thyle pour 1,35 partie de nitrocellulose 8 secondes imprégnée d'eau (contenant 1 partie de nitrocellulose et 0,35 partie d'eau) à 48 C.
Cette viscosité recommandée .peut être facilement obtenue avec une nitrocellulose ayant d'autres valeurs de viscosité inhé- rente, pour des rapports de solvants différents, par exemple avec un rapport de 1,5 partie d'acétate d'éthyle pour chaque partie de nitrocellulose, pour une nitrocellulose 0,25 seconde.
La viscosité de la laque . l'état brut d'extrudage exerce une influence sur la dimension particulaire finale et, en règle générale, la dimension particulaire diminue à mesure que la viscosité de la laque diminue,
Cependant, il existe une tendance à la non-uniformité du produit final si la viscosité de la laque à l'état brut d'extrudage est inférieure à la viscosité d'une laque composée de 7,5 parties d'acétate d'éthyle pour 1 partie de nitrocellulose 8 secondes (ou de 3 parties d'acétate d'éthyle pour 1 partie de nitrocellulose
0,25 seconde), ou bien si elle est supérieure à la viscosité d'une 'laque composée de 1,5 partie d'acétate d'éthyle pour 1 partie de nitrocellulose 8 secondes ( ou de 0,5 partie d'acétate d'éthyle pour 1 partie de nitrocellulose 0,25 seconde).
On subdivise tout d'abord la laque molle en corps assez petits pour être facilement mis en suspension dans une liqueur aqueuse de suspension. On obtient de préférence ce résultat en ex- trudant la laque à travers un orifice ayant un diamètre de l'ordre ¯ de 0,381 à 0,762 mm et en découpant les courants extrudés en lin- gots ou tronçons ayant sensiblement la même longueur. On peut réa- liser cet extrudage et ce sectionnement au moyen d'un appareil dans lequel les lingots de laque sont mis en suspension dans un milieu aqueux de suspension dès qu'ils sont découpés. Un milieu de suspen-
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sion aqueux approprié peut être constitue par q4 parties d'eu, 2 partie, de gomme arabique, 2 partiesd'acétate d'éthyle et 2 par- ties de sulfate de soude.
On soumet ensuite la suspension résultant au cisaillement liquide pour désintégrer les corps de laque en suspension et pour disperser les particules de laque désintégrées dans la liqueur de suspension sous forme d'une pseude-émalsion dans laquelle les par- ticules molles de laque, qui constituant la phase interneront un diamètre de l'ordre de 0,356 mm ou moins. Pendant que les parties- les de laque sont maintenues en cet état de quasi-pmulsion, on les durcit en en éliminant le solvant, comme dans le procédé des poudres globulaires.
A mesure que le solvant est éliminé, les par- molles ticules molles de laque se rétrécissent jusqu'à leur dimension finale à l'état durci qui, dans le cas des laques dans lesquelles le ra- port solvant à nitrocellulose est de 4 : 1, est de l'ordre de 50 % en volume. Le retrait est plus important quand le rapport du sol- vant à la nitrocellulose dans la laque est augmenté, et vice- versa.
La désintégration par cisaillement liquide peut être réa- lisée par tout dispositif bien connu destiné à cet effet, et elle peut, selon les résultats désirés et les matières de départ, com- prendre une ou plusieurs opérations successives d'attrition par cisaillement liquide. quand on fait appel à plusieurs opérations successives d'attrition par cisaillement liquide, on peut ou bien recycler la suspension à travers le même dispositif de cisaille- ment liquide, ou bien la faire passer en eérie à travers différents dispositifs de ce genre- Sur le dessin annexé, on c représenté deux modes de réalisation appropriés d'un dispositif d'attrition par cisaillement liquide, et sur ce dessin;
la fig. 1 est une coupe axiale de l'un des modesde réali- sation d'un appareil convenant pour 1* extradas** et le tronçonnage de la laque, ainsi que pour la désintégration ultérieure des lin- gots sectionnes; la fig- 2 est une coupe axiale d'un autre mole de réalisa-
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tion de l'appareil.. convenant pour la désintégration des lingots de laque préalablement tronçonnés.
Dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 1, l'ap- pareil comprend un récipient cylindrique comportant une paroi la- térale 1 et des plaques terminales 2 et 3. Les plaques terminales sont disposées dé manière à pouvoir . être appliquées, fermement par traction en contact étanche avec les extrémités de:.la paroi 1 par une série de boulons 4. Au fond du récipient est prévue une tête d'extrudage 5 comportant une plaque 6 à orifices dans laquelle sont pratiqués plusieurs orifices d'extrudage 7. L'appareil est muni d'un rotor comportant un arbre 8 entraîné par une source extérieu- re, de manière telle qu'il tourne à une vitesse relativement éle- vée.
Sur l'extrémité inférieure de l'arbre 8, on a prévu une série de lames de coupe 9 s'étendant radialement qui se déplacent sur la surface supérieure de la plaque 6 à orifices et qui, au cours de . leur rotation, sectionnent lors de chaque passage sur les orifices 7 des lingots de laque qui sont en cours d'extrudage par ces ori- fices sous l'action d'une source extérieure de pression.
Dans la paroi latérale 1, on a monté un stator 10 pourvu d'une série'de déflecteurs 11 axialement espacés qui s'étendent circonférentiellement à partir de l'intérieur du stator. Entre les déflecteurs successifs- s'étendent des chambres de cisaillement 12.
Des ailettes 13 de turbine, montées sur l'arbre avec lequel elles peuvent tourner, sont logées dans chacune des chambre de cisaille- ment avec un certain jeu par rapport à ces chambres, pour assurer la réduction désirée de la dimension des particules de laque. Le jeu dépasse dans tous les cas la dimension à laquelle les parti- cules de laque doivent être réduites, et il varie en fonction de la vitesse de la turbine, de la viscosité de la laque et des di- mensions de la chambre de formation des grains, le jeu étant aug- menté si la vitesse est augmentée, ou si la viscosité de la laque est diminuée, ou si la dimension de la chambre est augmentée, Les ailettes de la turbine sont de préférence inclinées de manière à s'opposer à la pression exercée par les liquides entrants, savoir :
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la laque qui est refoulée à partir d'une source extérieure par un conduit d'admission 14 et la liqueur qui y est refoulée à partir d'une source extérieure par un conduit d'admission 15. Com- me représenté sur le dessin, la laque et la liqueur sont toutes deux continuellement refoulées vers le haut, et le mélange est déchargé continuellement du récipient par un conduit de sortie tangentiel 16. Etant donné que le sens général de l'écoulement est ascendant dans le mode de réalisation représenté sur le des- sin, les diverses ailettes 13 de la turbine sont de préférence inclinées de manière telle que la suspension des particules de laque soit recyclée plusieurs fois entre les ailettes avant d'être déchargée à la partie supérieure du récipient.
Avec un appareil du type représenté sur la fig.l, et en utilisant la laque ayant la viscosité et la composition mention- nées ci-dessus avec des orifices 7 d'un diamètre de 0,381 mm, une vitesse de rotation de l'arbre 8 de 1500 tours/minute., des cham- bres de cisaillement d'un diamètre de 15,24 cm et un espace libre ou jeu de 3,175 mm entre les palettes 13 et les chambres 12, le produit sortant du désintégrateur est envoyé à un récipient ap- proprié de durcissement,dans lequel le solvant est chassé par dis- tillation des particules individuelles de laque pendant que ces dernières sont maintenues à l'état de pseudo-émulsion dans la li- queur de suspension.
Une telle opération donne des masses de par- ticules durcies quasi-sphériques de nitrocellulose gélatinisée, dont 95 % ou/plus sont constitués par des sphères ayant moins de 75 microns de diamètre.
.avec l'appareil de la fig. 1, la viscosité de la laque à . l'état brut d'extrudage ne doit pas dépasser celle d'une laque composée d'une partie d'acétate d'éthyle pour une partie de nitro- cellulose 0,25 seconde (ou de 2,5 parties d'acétate d'éthyle pour 1 partie de nitrocellulose 8 secondes) à 48 C. Il ne semble pas que des laques ayant une viscosité plus élevée se désintègrent uni-
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formément. Cependant, la viscosité de la laque peut être aussi faible que celle qui correspond à 3 parties d'acétate d'éthyl pour 1 partie de nitrocellulose 0,25 seconde (ou à 7,5 parties d'acétate d'éthylapour 1 partie de nitrocellulose 8 secondes).
L'appareil représenté sur la fig. 2 peut étre utilise dans des cas dans lesquels la subdivision initiale de la laque en petits .corps et leur mise en suspension dans la liqueur aqueuse sont réalisées au préalable, par exemple par extrudage et tron- çonnage de la laque et . sottise en suspension.
L'appareil représenté sur la fig. 2 est un dispositif homogénéiseur classique comprenant une paroi cylindrique 21, une plaque terminale de fermeture 22 et une plaque terminale de fer- meture 23. La plaque terminale de fermeture 23 est pourvue d'un conduit d'alimentation 24 servant à amener la suspension, préparée extérieurement, de lingots obtenue par extrudage de la laque, et à envoyer ces lingots dans le sens axial du dispositif. La partie intérieure de la plaque de fermeture 23 est conformée de telle manière en 25 qu'elle constitue un stator qui coopère avec un ro- tor 26 qui est monté sur un arbre 27 et qui est entraîné à une vitesse élevée à partir d'une source d'énergie externe.
Dans un dispositif de ce genre, l'espace libre entre lerotor 26 et l'é-
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videment 25 peut être rodifté par tin. :-gl'::'''':0 de la position du rotor axialement à l'arbre 27. De cette manière, la suspension de lingots (obtenas par extrudage de la laque) dens le milieu de sus- pension est envoyée par le conduit d'admission 24 et est refoulée dans l'espace compris entre le rotor 26 et le stator 25, espèce dans lequel la suspension est soumise aux forces de cisaillement liquide d'un ordre élevé, et le produit final est déchargé par un conduit de sortie 28.
On envisage d'utiliser une série de disposi- tifs du genre qu'on vient de décrit, de sorte que le produit de l'un de ces dispositifs puisse être immédiatement soumis à l'ac- tion d'un dispositif de ce genre fonctionnant avec le mène jeu entre son rotor et son stator ou avec un jeu différent. Dans une
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variante, le produit déchargé par l'un des dispositifs peut être recyclé dans le même homogénéiseur fonctionnant avec le même jeu précédemment ou avec un jeu différent.
Dans un essai typique du procédé mettant en oeuvre le dis- positif représenté sur la fig. 2, la laque est constituée par de la nitrocellulose 8 secondes (13,2 ; de N2) et on utilise 4 parties d'acétate d'éthypoar 1 partie de nitrocellulose. On extrade 'la laque et on la découpe en lingots dont chacun a un diamètre et une longueur d'environ 1,016 mm, et on met ces lingots en suspension dans un poids double d'une liqueur aqueuse composée de 94 parties d'eau, de 2 parties de gomme arabique, de 2 parties d'acétate d'é- thyle, et de 2 parties de sulfate de soude.
On place la suspension des lingots de laque dans l'homogénéiseur réglé de manière que l'espace libre entre le rotor et le stator soit de 0,0127 mm, à la cadence de 3,8 à 7,6 litres'environ par minute, tandis que la vitesse de rotation est de 5000 tours/minute, Lors de leur pas- sage dans l'homogéméiseur, les corps de laque sont désintégrés en particules molles plates. qui sont rapidement arrondies en sphères d'un diamètre supérieur à celui de l'espace par lequel elles sont passées. Le courant sortant de l'homogénéisear escemmagasiné tem- porairement et est recyclé dans l'homogénéiseur une seconde fois.
Ensuite, on décharge le produit de l'homogénéiseur dans un réci- pient de durcissement dans lequel le solvant est chassé, ce qui permet aux globules de se solidifier. Le produit final est consti- tué par des corps quasi-sphériques qui ont tous des diamètres com- pris entre 0,102 mm et 0,051 mm.
Avec l'appareil représenté sur la fig. 2, des laques dont les viscosités sont aussi élevées que celles des laques qui sont constituées de 0,5 partie d'acétate d'éthyle pour 1 partie de ni- trocellulose 0,25 seconde (ou de 1,5 partie d'acétate d'éthyle pour 1 partie de nitrocellulose 8 secondes) à 48 C, peuvent être de macère très satisfaisante, désintégrées et réduites à l'état de psedo-émulsion dans la liqueur de suspension.
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Si on le désire, on peut faire fonctionner l'appareil représenté sur la fig. 1 en série avec celui qui est représenté sur la fig. 2, de sorte que le premier exécute la désintégration préliminaire et la mise en suspension de la laque, tandis que le second homogénéise-., la suspension.
De la description qui précède, on peut voir que la présen- te invention réalise un procédé de fabrication de corps quasi -sphé- riques minuscules de nitrocellulose gélatinisée, d'acétate de cel- lulose et d'autres matières similaires pouvant être plastifiées*
Ces corps quasi sphériques sont caractérisés par la présence d'une pellicule extérieure qui est plus résistante à la rep[lastification que leur partie interne. En conséquence, les sphères minuscules de la présente invention peuvent être incorporés sous forme d'une suspension avec un solvant approprié en vue d'une opération de moulage, sans qu'il se crée immédiatement une viscosité gênante.
Etant donné que les sphères minuscules sont par elles-mêmes capa- bles de s'écouler librement, leur incorporation sous forme d'une un suspension avec/solvant de faible viscosité ne réduite pas la ca- pacité d'écoulement de la suspension jusqu'à ce que le solvant qui y est contenu ait sensiblement ramolli les sphères individuelles.
Du fait de la résistance plus grande de la pellicule dessphères in- dividuelles à l'action des solvants, un laps de temps considérable peut s'écouler entre la préparation de la suspension et son intro- duction effective dans les moules. On trouve un intérêt sensible à fabriquer les/suspensions en des quantités . telles qu'on puisse charger plusieurs moules en succession, ou recharger un moule don- né plusieurs fois, de manière que la suspension de poudre de mou- lage conserve sa propriété de libre écoulement jusqu'à ce qu'elle . soit versée dans le moule et y soit 'soumise à la chaleur, ou à la pression, ou aux deux.
La pellicule résistant aux solvants mention- née précédemment permet, quand elle a été plastifiée par le solvant, mot la pénétration du solvant à l'intérieur dus sphères/qui se plasti- fient plus rapidement. Comme mentionné précédemment, on peut assu-
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rer la plastification, ainsi que cela est bien connu, par appli- cation de la choeur ou de la pression, ou par ces deux moyens. De ce fait, lorsque les sphères individuelles sont plastifiées entiè- rement, elles peuvent être facilement refoulées dans les vides de petite dimension qui sont laissés entre les sphères duras lors- qu'elles sont entassées dans un moule pour former un produit moulé homogène.
Bien qu'on ait décrit deux-formes différentes de disposi- tifs d'attrition par cisaillement liquide, et qu'on ait rece : andé des compositions et des viscosités particulières, il est sien en- tendu que l'invention ne se limite pas à ces détails. ;.La contraire, l'invention envisage la désintégration par cisaillement liquide de corps mous de laque pendant qu'ils sont en suspension dans un mi- lieu non solvant, quels que soi ent l'appareil utilisé ou la composi- tion des matières traitées.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication de globules minuscules de matiè- re plastifiable durcie, caractérisé en ce qu'il consiste à prépa- rer une laque molle de la matière plustifiable et d'un solvant non miscible à l'eau; à mettre en suspension de petits corps de la la- que dans une liqueur de suspension aqueuse à soumettre les corps de laque à un cisaillement liquide pendant qu'ils sont dans cette liqueur aqueuse de suspension, pour les désintégrer et disperser les particules désiténgrées dans la liqueur de suspension; enfin, à éliminer le solvant des particules de laque en suspension pendant qu'elles sont ainsi dispersées.