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L'invention concerne une extrudeuse à vis pour la transformation de masses plastiques, notamment thermoplasti- ques. Il s'agit d'une extrudeuse ou boudineuse comportant, dans une enveloppe chauffable, une vis sans fin principale et au moins une vis sans fin auxiliaire. Une telle boudineuse sert à faire passer diverses masses thermoplastiques, à l'aide d'une seule unité mécanique, de l'état initial à l'état fini (granulat, tuyau, bande, profilé, etc.).
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Il est connu de tra:.ailler des matières the rmoplaat 1.' ques - par exemple le chlorure de polyvinyle (CPV),le polyéthylène ou des matières gommoïdes - ions des boudineuses à vis de diverses longueurs, qui comportent une ou plusieurs vis transporteuses dans une enveloppe ou carter cylindrique chauffable. Il est connu de chauffer ou de refroidir les vis au lieu de l'enveloppe, ou conjointement avec. celle-ci.Ces boudineuses refoulent la matière, devenue plastique à la suite de l'échauffement, depuis le point d'entrée jusqu'au point de sortie,tout en la comprimant, la matière étant soumise simul- tanément à un travail de préparation autense par malaxage, pétrissage, etc.
Cette matière se voit imprimer sa forme défi- nitive, à l'orifice de sortie, au moye: d'une filière de fa- çonnage.
Etant donné que le produit de départ est introduit dans la boudineuse, soit sous la forme de produits gélifiés, tels que plaques laminées ou les granulés,à lJétat préchauffé ou froid, soit simplement à l'état de poudres ou de pâtes non gélifiées, ayant subi un malaxage préparatoire, il est nécessaire que, pendant son passage à travers la machine, ce produit initial soit chauffé, plastifié, pétri, débarrassé de l'air ou d'autres occlusions gazeuses et, le cas écheant, gélifié.
A cet effet, on a déjà proposé de réaliser, dans des boudineuses à vis du genre ci-dessus - à savoir, soit moyennant une exécution particulière de la vis, qui consiste à obtenir un volume par spire variable (variation du pas, ainsi que du diamètre du noyau et/ou diamètre extérieur), soit en donnant une forme conique à la vis et à l'enveloppe - une diminution fortement croissante du volume débité et, par conséquent, une augmentation notable de la pression, d'ou compression de la masse. Le même résultat peut être obtenu par l'incorporation d'éléments accessoires sous la forme de disques perforés, de ternis adaptés intérieurement ou d'autres organes propres à ré-
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duire le volume à l'extrémité des arbres des vis sans fin, devant l'embouchure de la filière.
Cette élévation de la . pression est nécessaire, entre autres, afin que les bulles d'air ou d'autres gaz puissent s'évacuer vers l'arrière (vers les zones de moindre pression),ce qui permet de soumettre la matière à la compression requise.
De plus, on a déjà proposé des boudineuses à vis où des arbres pétrisseurs étaient adjoints en aval de la vis ou des vis, afin de permettre un malaxage plus intime de la matiè- re. D'autre part, on suggère de réaliser, après la compression de la matière, une zone de plus grand volume à l'aide de vis appropriées, zone dans laquelle la matière peut séjourner pen- dant un temps quelque peu prolongé, pour y subir un chauffage plus intense. On connaît en outre des boudineuses à vis mul- tiples où une partie seulement de la vis s'étend jusqu'à la filière de sortie, laissant ainsi à l'extrémité proche de la filière un. espace libre dans lequel la matière refoulée s'ac cumule en formant éventuellement des remous et en se mélangeant à la matière nouvellement amenée.
On compte réaliser ainsi un malaxage plus intense.
Finalement, on sait qu'à son entrée dans la machine. la matière plastique doit être absolument sèche et ne doit plus contenir aucune humidité, fautede quoi les objets finis moulés par injection comportent des soufflures et des retassures.
Aucune des constructions citées jusqu'ici et supposées connues ne permet pas - si l'on n'observe pas certaines précautions par- ticulières ou si l'on ne fait pas appel à des moyens complé- mentaires, généralement coûteux - de convertir une ma- tière n'ayantpas subit de séchage préalable et donc à l'état humide, ou une matière non gélifiée à l'état de poudre ou de pâte, avec ou sans ramollisseur; ou encore, une matière plasti- que uniquement malaxée,ou délayée,en un produit fini homo- gène, exempt de soufflures et présentant une surface lisse,
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sans grains.
D'autre part, ces constructions connues ne per- mettent pas de travailler, sans une granulation préalable-très minutieuse, des matières sirupeuses à poids moléculaire très élevé, telles que le polyéthylène à basse pression ou le chlo- rure de polyvinyle de suspension, pauvre en ramollisseur et présentent un haut degré de polymérisation.
Les extrudeuses ou boudineuses à vis unique vitrent le grand avantage d'une construction simple. La pression peut être augmentée de fagon pour ainsi dire illimitée par la di- minution du volume de passage ou par la prévision, en aval de la vis, de disques perforés, de tamis incorporés intérieurement ou d'éléments analogues déjà cités. On doit seulement veiller que le palier de butée coté commande puisse absoroer en toute sécurité les pressions axiales qui se manifestent. Lorsque la pression dépasse une certaine limite, il en résulte simplement un moindre débit de la vis, une partie de la matière refluant vers l'ouverture d'entrée.
Par contre, la machine à vis unique présente le grand inconvénient de nécessiter une matière pré- gélifiée, telle que le granulé, le "dry blend" ou une matière pâteuse à forte teneur en ramollisseur. Les soufflures provo- quées par des occlusions d'air ou dues à l'humidité de la ma- tière peuvent être difficilement éliminées. D'autre part, il est difficile, avec ces machines, de façonner des produits exempts de nodules et de grains, en partant de thermoplastes sirupeux et à poids moléculaire élevé, tels que, par exemple le CPV de suspension ou le polyéthylène à basse pression et à haut poids moléculaire. Cette dernière matière ne peut être traitée dans la machine à vis unique que sous la forme de gra- nules, étant donné que l'homogénéisation est insuffisante.
On peut réaliser une amélioration sous le rapport de la technique du traitement en prolongeant l'arbre et l'enveloppe de la vis, ce qui est onéreux. Toutefois,-comme toutes ces thermoplastes
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sont travaillées au voisinage de la température de décomposi- tion, la stabilité de la matière est compromise dans une telle c onstruction.
Les extrudeuses à: deux et à. plusieurs vis assurent un meilleur désaérage et un pétrissage plus intense de la matière.
Toutefois, on ne peut pas augmenter la pression à volonté, étant donné le peu de place disponible au voisinage du palier de butée. Ainsi, on ne peut pas interposer devant l'embouchure des tamis très fins, pour éliminer, des grains éventuels, étant donné que les pressions très élevées occasionnent à la longue des dégâts aux paliers. Nonobstant les intervalles dans les vis, et vu la grande viscosité des masses refoulées, on se trouve en présence d'une obturation presque analogue à celle d'une pompe rotative, de sorte que la quantité de matière pouvant refluer vers l'amont est beaucoup moindre que dans les extrudeuses à vis unique. Par conséquent, les paliers de butée ne peuvent pas être soulagée par- un reflux de matière.
D'autre part, et en plus des pressions qui se manifestent pa- rallèlement aux arbres, il se produit, par suite de la répar- tition de la matière, des pression agissant transversalement à ces arbres (poussées transversales) qui sollicitent les paliers beaucoup plus fortement que dans le cas des machines à vis unique. Pour cette raison,.on éprouve à ce jour des difficultés à travailler des matières non prégélifiées, conte- nant des grains de dureté inegale qui se gélifient avec une rapidité non uniforme, par exemple le CPV de suspension, étant donné que, dans le cas de deux ou de plusieurs vis de même forme, les paliers de butée requis ne peuvent pas être établis avec des dimensions suffisamment importantes.
Or, si l'on ap- plique des pressions moins élevées, les grains plus durs sont entraînés avec la masse principale ramollie de la matière déjà plastique à ce moment et empêchent de réaliser un produit final à surface lisse. De plus, les extrudeuses à vis multiples
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présentent l'inconvénient d'une avance saccadéeétant donné que les éléments qui permettent d'y remédier (disque perforé, tamis, etc. ) ne peuvent pas être utilisés dans la mesure voulue pour les raisons exposées plus haut.
La présente invention vise à réunir les avantages des deux constructions, tout enéliminant leurs inconvénients, grâce à l'adjonction, à une vis principale,. d'une ou de plu- sieurs vis d'appoint ou auxiliaires, moins longues, qui rem- plissent les fonctions d'une extrudeuse à vis multiples, à savoir, un meilleur pétrissage de la matière que la vis principale remplit le rôle d'une extrudeuse à vis unique dans la dernière phase du travail.
Partant de ce qui précède-et selon l'invention, on intercale, entre la vis principale et la filière de sortie, . une rallonge qui règle la pression en fonction de la tempéra- ture. Etant donné sa propriété qui consiste à régler la pres- sion en fonction des variations de température, la rallonge de la vis principale sera dénommée ici :
"arbre température- pression". delon l'invention, l'extrudeuse est de préférence établie de telle manière que le carter des vis se prolonge par une chemise destinée à l'arbre température-pression, la dis- position étant telle que dans la première moitié, en substance, de cette chemise, la température de la masse amenée peut être abaissée, tandis que dans sa seconde moitié, vers son extrémité,c'est-à-dire devant la filière de sortie,ou seule- ment dans cette dernière, la température de la. masse peut subir une élévation.;
Dans certains cas, il est avantageux de donner à l'ar- bre température-pression une forme propre à élever la pression dans la masse à mesure que celle-ci se rapproche de la filière de sortie.
Le progrès réalisé par la construction d'une extrudeuse
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selon l'invention se traduit par lespropriétés suivantes
1) Aucune formation de soufflures, même si l'on traite une matière qui n'a été ni séchée ni gélifiée au préalable,ni granulée, ou une matière pulvérulente ou pâ- teuse qui n'a subi une précompression d'aucune sorte.
2) Homogénelsation et pétrissage meilleurs de la ma- tière;. élimination de grains (dits "fish-eyes"),par exemple avec le CPV de suspension, ainsi que la suppression d'iné- galités noduleuses dans les thermoplastes sirupeux à poids moléculaire élevé, le polyéthylène à basse pression par exem- ple. Surface lisse et brillante dans les profilés, tubes, etc.
3) Façonnage de masses non prégélifiées; mais uni- quement prémélangées, grâce à un malaxage intime accompagné- d'une gélification uniforme et complète, de qui permet de réaliser des produits finis irréprochables, tels qu'ils ne pouvaient être réalisés à ce jour qu'en utilisant des masses' prégélifiées, cornue les granulés, les feuilles laminées, etc*
Un exemple d'exécution de l'invention est représenté schématiquement dans le dessin annexé. Ceni-c., ast une coupe longitudinale d'une extrudeuse à vis comportant une vis prin- cipale et une vis auxiliaire ou d'appoint, ainsi qu'un ar- bre température-pression prévu selon l'invention.
Dans ce dessin
1 désigne la vis principale; 2 une ou plusieurs vis auxiliaires; 3 l'arbre température-pression conformé en vis; 4 le carter des vis principale et auxiliaire(s);5 la chemise de l'arbre température-pression; 6 l'enveloppe de la trémie de remplissage 10 indiquée en pointillé; 7 la tête d'injec- tion pourvue de la filière d'extrusion 11; 8 le système de chauffage, de préférence subdivisé en secteurs; 9 le système de refroidissement de la chemise de l'arbre température- pression; 12 la chambre de transition entre la ou les vis
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d'appoint et la chambre 13 de 'l'arbre température-pression; 14 un accouplement à tenon, simplement symbolisé, appelé à. permettre le remplacement de l'arbre température-pression; 15 système de refroidissement de la trémie de chargement.
La masse chargée en 10 dans la trémie de remplissage est refoulée par les deux vis transporteuses 1 et 2 à travers le carter chauffé 4, vers la chambre de l'arbre température- pression 13, c'est-à-dire,vers le filet de cet arbre, lorsque ce dernier constitue une vis, comme c'est le cas dans l'exemple représenté. Dans ce filet, la masse, déjà travaillée, est refoulée à travers la chemise, jusque dans la tête d'injection 7, éventuellement avec' baisse de la température, éventuellement par le système de refroidissement.
Dans les carters 4, la température, divisée en plu- ' sieurs échelons, peut être réglée séparément, à l'aide de man- chettes de chauffage 8,(qui peuvent être mises en et hors contact par des thermostats ou régulateurs), de façon à se maintenir à une valeur déterminée. En outre, on prévoit un système de refroidissement 9 pour la chemise 5 de l'arbre tem- pérature-pression 3. L'arbre température-pression ne doit pas être nécessairement une vis. Il peut consister en une vis à volume variable par spire, c'est-à-dire, une vis dont les spi- res présentent une profondeur et/ou un pas variable, cette vis étant logée dans une chemise pourvue d'un système de chauffage et d'un système de refroidissement.
Cependant, cet arbre peut présenter toute autre forme voulue, par exemple, celle d'un mandrin cylindrique, en forme de torpille ou conique, avec ou sans nervures de pétrissage. D'autre part, on peut utiliser une vis à volume par spire variable et qui va en s'amincissant vers la sortie, de manière à re terminer par un angle obtus ou en tête de torpille, ce qui a pour effet de réduire davantage le volume transporté et d'augmenter la pression. On peut prévoir un chauffage ou un refroidissement pour la vis principale
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seule ou pour la ou les vis d'appoint, ou pour les deux, ce qui permet de régler l'homogénéité du chauffage de la masse dans l'ensemble de cell-ci.
Etant donné la diversité des masses plastiques à trai- ter, on a prévu la possibilité de remplacer l"arbre température- pression", de sorte que l'on peut monter d'une manière simple un arbre de la forme la plus appropriée, en tenant compte de la composition de la matière à traiter.
Toujours grâce à l'invention, on a la possibilité d'é- lever au besoin la pression dans ler extrudeuses à vis multi- ples au-del de la valeur réalisable précédemment, étant donné que, dans les masses à grande viscos@té, une fraction de l'élé- vation de la pression est reportée sur la vis principale, ce oui a pour effet de soulager les pa] '.ers de butée des vis d'appoint, paliers pour lesquels on dispose d'ailleurs désor- mais d'un emplacement suffisant dans le sens radial.
Cependant, le palier de butée de la vis principale peut être désormais ramené vers l'arrière d'une distance telle qu'il puisse présen- ter des dimensions pratiquement illimitées, dans le sens tant radial qu'axial, tout comme dans les extrudeuses à vis tznique.
De plus, la ou les vis d appoint peuvent être montées de façon à comporter un système de sécurité contre les pres- sions excessives, à être d'un accès aisé et remplaçables.
D'autre part, l'invention comporte encore un autre avantage qui réside dans l'élimination d'un inconvénient des constructions précédentes. Etant donné que les extrudeuses doivent pouvoir malaxer, pétrir, gélifier, homogénéiser, etc., le traitement des diverses matières plastiques exigeait des vis de longueur de plus en plus importante, c e qui entraînait les difficultés connues en ce qui concerne le montage, le fléchissement et les caractéristiques de la marche des arbres dans les carters, etc. Jusqu' présent, on essayait de remédier à ces inconvénients en diminuant la profondeur des spires,
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c'est-à-dire, en augmentant le rapport des diamètres respec- tifs du noyau et du filet.
Cette solution permettait de réali- ser, il est vrai, des vis plus robustes, c'est-à-dire, plus rigides ; par contre, elle avait pour effet de réduire consi- dérablement le débit des extrudeuses. Cet inconvénient est éliminé dans la présente invention par la prévision de de.ux ou de plusieurs vis d'appoint, de telle sorte que, d'une part, et grâce à l'adoption d'un rapport de diamètres favorable, la vis principale - qui, ici, est encore prolongée par l'"arbre température-pression" - se voit dotée d'une rigidité suffisante et que, d'autre part, l'extrusion à travers la fi- ' lière, c'est-à-dire, le débit, peut être augmenté grâce à la prévision de plusieurs vis d'appoint.
Le débit de la partie 'initiale de l'arbre température- pression est choisi de façon que cet arbre absorbe une quantité de matière égale ou inférieure à celle débitée par la vis.
Selon l'invention, la chambre à travers laquelle la matière est transitée sur son trajet entre les vis et l'arbre température-pression est conformée de façon. qu'il ne puisse pas s'y produire des accumulations ou des remous de matière, c'est-à-dire, de telle sorte que la matière à traiter s'écoule uniformément depuis les vis jusqu'au dernier sec- teur de traitement. L'arbre pression-température est établi de telle façon qu'une élevation rapide de la pression ait lieu déjà (grâce à la diminution de la section de passage) dans sa partie initiale. Ainsi, la matière est comprimée sur un court trajet, de telle sorte que, le cas échéant, toutes les ampoules résiduelles d'air ou de gaz - dans le cas d'une matière humide par exemple - sont chassées vers la zone de moindre pression, c'est-à-dire, vers l'arrière.
Il importe dans ce cas que, lorsqu'il s'agit d'une matière humide ou pulvérulente, la machine ne soit pas suralimentée du côté
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ché1I'mE'r"t, c'nst-à-dirni que 1'amenée de matière fraîche soit exactement contrôlée.
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Grâce au système de chauffage, la température peut être élevée au maximum requis jusqu'à l'endroit où commence l'arbre température-pression, cette élévation pouvant être. soit uniforme, soit plus rapide au début, pour se ralentir ensuite, soit encore, rapide au début, avec, ensuite, maintien de la température à une valeur uniforme. On abaisse la tempé- rature à partir de l'endroit ou commence l'arbre température- pression, cela (suivant la nature de la matière mise en oeuvre) soit en réduisant le chauffage, soit en refroidissant.
Grâce à cette disposition, la viscosité de la masse fondue augmente, la matière devient plus sirupeuse et offre une plus grande résistance, tandis que la pression augmente, tout comme lorsqu' on intercale des tamis, disques perforés, etc., avec cette différence essentielle toutefois, que la matière est maintenue constamment en un mouvement uniforme, au lieu d'être arrêtée ou ralentie, ce qui l'amène à brûler ou à se surchauffer, comme c' est le cas avec les ternis, disques perforés, etc., mention- nésplus haut, ou dans le cas de chambres d'ascumulation in- tentionnelles ou fortuites, déterminées par exemple par des points morts défavorables du point de vue de la dynamique des de s fluides.
Le chauffage peut être appliqué soit au carter, soit à la ou aux vis, ou être une combinaison dedeux. De même, le refroidissement peut être appliqué à l'arbre température- pression, à la chemise, ou aux deux.
Comme on le sait, il est très difficile de conduire un processus de polymérisation de telle façon que toutes les molécules de polarisation obtenues présentent la même longueur de chaîne et donc le même point de fusion, la même aptitude au foisonnement dans le ramollisseur, la même viscosité,etc...
D'autre part, la préparât:) on du polymère donne lieu, lors du séchage par exemple, è l'apparition de grains plus durs et moins poreux qui se ramollissent plus lentement et qui soutient
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moins ra.5derr.ent : ous l'action du ramolliiseeur. Cas particu-
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les peuvent être homogénéisées, dans le cas du CPV de suspen- sion, sur le laminoir mélangeur par exemple grâce au rapproche- ment des cylindres et à la friction. L'élimination ou l'homo- généisation de ces grains était pratiquement impossible avec les extrudeuses connues à ce jour.
Ceci s'applique également aux matières visqueuses . à degré de polymérisation élevé (par exemple le polyéthylène à basse pression et à degré de polymérisation élevé), qui peuvent être travaillées directement dans l'extrudeuse à vis, sans être préalablement granulées.
Les grains plus durs, dits "yeux de poisson", ou les nodules plus dures, sont amenés par
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le rw:.oiii;:eur à foisonner à la surface ou sont liquéfiés pur 1 cnaleur dans le cas des produits exempts de l'amollisseur ci, l ce r,xî.ar:.t, la majeure partie du reste de la masse est - iéjà 11.':!.usL'i&6 ou présente une viscosité moindre, sùa. xer3it .:j J .:or, effet de pétrissage, dans une extrudeuse à deux ou à plusieurs vis -par exemple, ces grains sont entraînés avec la- #ifatire, vu qu'ils sont lubrifies par la surface qui e. subi une :':11: 0j,,-: eu un foisonnement initiaux, 311 prolongeant la phase de ^rl'.xLU.''F'2,r?, c'est-à-dire, en ±\U;a:ej.1t6nt la longueur de la n..:...c..:.i:.:::" on peut, il est vrai, obtenir una a::cliotâtion;p.r centre, C61:.ta mesure compromet la stabilité de la matière.
Or, et comme indiqué plus haut., la prévision, selon l'inven- tion, d'un arLre température-pression en aval de la vis permet un abaissement de la température dans les limites de cet arbre.
Ceci a pour effet d'élever la viscosité, soit, en premier lieu, celle de la matière fondue, moins visqueuse,
Etant donne que les matières qui entrant en ligne de compte sont toujours de mauvais conducteurs de chaleur, 1'élévation de la viscosité par refroidissement da la surfa- ce se propage lentement, par suite du refroidissement de la surface, de l'extérieur vers l'intérieur (cette progression se faisant des deux côtés simultanement en direction du noyau.
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ae la masse, lorsqu'on refroidit à la fois le carter et l'arbre);
! de sorte que la viscosité de la masse fondue et jusqu'alors liquide, devient égale à celle des nodules ou grains moins fluides. D'autre part, il y a une élévation de la pression, dé sorte que le frottement dû. aux particules indi- viduelles non homogènes de la masse augmente et '.que, de cette faon, tous les grains et nodules éventuels sont éliminés avec certitude. Ce processus dure un certain temps et, p@r consé- quent., nécessite un trajet d'une longueur déterminée dans la machine. Pour les raisons indiquées plus haut, cette durée ne peut pas être abrégée par une élévation de la température (ou bien, dans le cas présent, par un abaissement moins marqué de la température).
Il suffit désormais d'élever à nouveau la température a l'extrémité de sortie de l'arbre température-pression ou peu avant la tête d'injection et d'ajuster la section de pas- gage dans cette tête de façon à engendrer exactement la pression requise pour réaliser un produit de, forme définitive, ce qui permettra d'obtenir un coudin façonné de manière abso- lument homogène, à sur-face lisse, brillante et exempte de crains.
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H j, V 3 i D lC.t1.T 1 0 I\' ti.
1.- Extrudeuse a vis pour façonner des masses plasti- ques, notamment thermoplasti. @es, où une vis principale coopère dans un carter chauffable, avec au moins une vis d'appoint, caractérisée par l'intercalation; entre la vis principale et la filière d'extrusion, d'un organe intercalaire d'aval , un
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..1'(,1'6' pé:r' exemple, qui régla la prevsion en fonction de la température.
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The invention relates to a screw extruder for processing plastic masses, in particular thermoplastics. It is an extruder or extruder comprising, in a heatable casing, a main endless screw and at least one auxiliary endless screw. Such an extruder is used to pass various thermoplastic masses, using a single mechanical unit, from the initial state to the finished state (aggregate, pipe, strip, profile, etc.).
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It is known to work:. Carving the rmoplaat 1 materials. ques - for example polyvinyl chloride (PVC), polyethylene or gummy materials - ions of screw extruders of various lengths, which have one or more conveyor screws in a heatable casing or cylindrical housing. It is known to heat or cool the screws instead of the casing, or in conjunction with it. These extruders push back the material, which has become plastic as a result of heating, from the entry point to the exit point, while compressing it, the material being simultaneously subjected to preparation work autense by mixing, kneading, etc.
This material has its final shape imprinted at the outlet orifice by means of: a shaping die.
Since the starting product is introduced into the extruder, either in the form of gelled products, such as laminated plates or granules, in the preheated or cold state, or simply in the form of powders or ungelled pastes, having undergone preparatory mixing, it is necessary that, during its passage through the machine, this initial product is heated, plasticized, kneaded, freed of air or other gaseous occlusions and, if necessary, gelled.
For this purpose, it has already been proposed to carry out, in screw extruders of the type above - namely, either by means of a particular execution of the screw, which consists in obtaining a volume per variable turn (variation of the pitch, as well as of the diameter of the core and / or outside diameter), or by giving a conical shape to the screw and to the casing - a strongly increasing decrease in the volume delivered and, consequently, a notable increase in pressure, hence compression of the mass. The same result can be obtained by the incorporation of accessory elements in the form of perforated discs, tarnishes adapted internally or other organs suitable for repair.
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reduce the volume at the end of the worm shafts, in front of the mouth of the die.
This elevation of the. Pressure is needed, among other things, so that bubbles of air or other gases can escape backward (to areas of least pressure), which allows the material to be subjected to the required compression.
In addition, screw extruders have already been proposed in which kneading shafts were added downstream of the screw or screws, in order to allow more intimate mixing of the material. On the other hand, it is suggested to create, after the compression of the material, an area of greater volume with the aid of suitable screws, an area in which the material can remain for a somewhat prolonged time, to be subjected to it. more intense heating. Furthermore, multiple screw extruders are known where only part of the screw extends to the exit die, thus leaving the end near the die a. free space in which the expelled material accumulates, possibly forming eddies and mixing with the newly supplied material.
We intend to achieve a more intense mixing.
Finally, we know that when it enters the machine. the plastic material must be absolutely dry and must be free from moisture, otherwise finished injection molded articles will have blowholes and sinkers.
None of the constructions hitherto cited and supposedly known does not allow - if certain special precautions are not observed or if additional, generally expensive means are not used - to convert a ma - third that has not undergone prior drying and therefore in the wet state, or an ungelled material in the form of powder or paste, with or without softener; or else, a plastic material only mixed, or diluted, into a homogeneous finished product, free of blisters and having a smooth surface,
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grain free.
On the other hand, these known constructions do not make it possible to work, without very careful prior granulation, syrupy materials with very high molecular weight, such as low pressure polyethylene or polyvinyl chloride suspension, poor in softener and exhibit a high degree of polymerization.
Single screw extruders or extruders saw the great advantage of simple construction. The pressure can be increased in a virtually unlimited way by reducing the passage volume or by providing, downstream of the screw, perforated discs, internally incorporated sieves or similar elements already mentioned. It is only necessary to ensure that the thrust bearing on the control side can safely absorb the axial pressures which occur. When the pressure exceeds a certain limit, the result is simply less screw flow, with some material flowing back to the inlet opening.
On the other hand, the single screw machine has the great drawback of requiring a pre-gelled material, such as the granule, the “dry blend” or a pasty material with a high content of softener. It is difficult to remove blowholes caused by air occlusions or by moisture in the material. On the other hand, it is difficult, with these machines, to shape products free from nodules and grains, starting from syrupy and high molecular weight thermoplasts, such as, for example, suspension PVC or low pressure polyethylene. and high molecular weight. The latter material can only be processed in the single screw machine in the form of granules, since the homogenization is insufficient.
An improvement in the processing technique can be achieved by extending the shaft and the shell of the screw, which is expensive. However, like all these thermoplasts
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are worked in the vicinity of the decomposition temperature, the stability of the material is compromised in such a construction.
The two and two extruders. several screws ensure better air release and more intense kneading of the material.
However, the pressure cannot be increased at will, given the little space available in the vicinity of the thrust bearing. Thus, it is not possible to interpose in front of the mouth of very fine screens, to eliminate any grains, given that the very high pressures cause damage to the bearings over time. Notwithstanding the intervals in the screws, and given the high viscosity of the pumped masses, we are in the presence of a sealing almost similar to that of a rotary pump, so that the quantity of material which can flow back upstream is very much less than in single screw extruders. Therefore, the thrust bearings cannot be relieved by backflow of material.
On the other hand, and in addition to the pressures which appear parallel to the shafts, there is produced, as a result of the distribution of the material, pressures acting transversely to these shafts (transverse thrusts) which stress the bearings a great deal. more strongly than in the case of single screw machines. For this reason, to date, it is difficult to work with non-pregelled materials, containing grains of unequal hardness which gel with non-uniform rapidity, for example the suspension CPV, since, in the case of of two or more screws of the same shape, the required thrust bearings cannot be established with sufficiently large dimensions.
However, if lower pressures are applied, the harder grains are entrained with the main softened mass of the material already plastic at that time and prevent a final product with a smooth surface. In addition, multiple screw extruders
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present the drawback of a jerky advance given that the elements which make it possible to remedy this (perforated disc, sieve, etc.) cannot be used to the extent required for the reasons explained above.
The present invention aims to combine the advantages of the two constructions, while eliminating their drawbacks, thanks to the addition, to a main screw. one or more auxiliary or auxiliary screws, shorter, which fulfill the functions of a multiple screw extruder, namely, better kneading of the material than the main screw fulfills the role of a single screw extruder in the last phase of the work.
Starting from the above-and according to the invention, is interposed between the main screw and the outlet die. an extension which regulates the pressure according to the temperature. Given its property of regulating the pressure according to temperature variations, the extension of the main screw will be called here:
"temperature-pressure tree". According to the invention, the extruder is preferably established such that the screw housing is extended by a sleeve intended for the temperature-pressure shaft, the arrangement being such that in the first half, in substance, this jacket, the temperature of the mass supplied can be lowered, while in its second half, towards its end, that is to say in front of the outlet die, or only in the latter, the temperature of the. mass may undergo elevation .;
In some cases, it is advantageous to give the temperature-pressure shaft a shape such as to raise the pressure in the mass as the latter approaches the outlet die.
The progress made by building an extruder
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according to the invention results in the following properties
1) No blistering, even if processing material which has not been pre-dried, pre-gelled, or granulated, or powdery or doughy material which has not undergone any precompression.
2) Better homogenation and kneading of the material ;. elimination of grains (known as "fish-eyes"), for example with the suspension CPV, as well as the elimination of nodular inequalities in syrupy thermoplasts with high molecular weight, low pressure polyethylene for example. Smooth and shiny surface in profiles, tubes, etc.
3) Shaping of non-pregelled masses; but only premixed, thanks to an intimate mixing accompanied by a uniform and complete gelling, which allows to achieve irreproachable end products, such as they could not be achieved to date only by using pre-gelled masses , retorts granules, laminated sheets, etc. *
An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the accompanying drawing. Ceni-c., Is a longitudinal section of a screw extruder comprising a main screw and an auxiliary or auxiliary screw, as well as a temperature-pressure tree provided according to the invention.
In this drawing
1 designates the main screw; 2 one or more auxiliary screws; 3 the temperature-pressure shaft shaped as a screw; 4 the housing of the main and auxiliary screws; 5 the temperature-pressure shaft liner; 6 the envelope of the filling hopper 10 indicated in dotted lines; 7 the injection head provided with the extrusion die 11; 8 the heating system, preferably subdivided into sectors; 9 the temperature-pressure shaft jacket cooling system; 12 the transition chamber between the screw (s)
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and the chamber 13 of the temperature-pressure shaft; 14 a tenon coupling, simply symbolized, called to. allow the replacement of the temperature-pressure shaft; 15 loading hopper cooling system.
The mass loaded at 10 in the filling hopper is forced by the two conveyor screws 1 and 2 through the heated housing 4, towards the chamber of the temperature-pressure shaft 13, that is to say, towards the thread of this shaft, when the latter constitutes a screw, as is the case in the example shown. In this thread, the mass, already worked, is forced through the jacket, into the injection head 7, possibly with a drop in temperature, possibly by the cooling system.
In the housings 4, the temperature, divided into several stages, can be regulated separately, using heating sleeves 8, (which can be switched on and off by thermostats or regulators), so as to remain at a determined value. In addition, a cooling system 9 is provided for the jacket 5 of the temperature-pressure shaft 3. The temperature-pressure shaft need not necessarily be a screw. It can consist of a screw with variable volume per turn, that is to say, a screw whose turns have a variable depth and / or pitch, this screw being housed in a sleeve provided with a system of heating and cooling system.
However, this shaft can have any other desired shape, for example that of a cylindrical mandrel, torpedo-shaped or conical, with or without kneading ribs. On the other hand, one can use a screw with variable volume per coil and which tapers towards the exit, so as to end with an obtuse angle or at the head of the torpedo, which has the effect of further reducing the volume transported and increase pressure. Heating or cooling can be provided for the main screw
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alone or for the auxiliary screw (s), or for both, which makes it possible to adjust the homogeneity of the heating of the mass throughout the latter.
Given the diversity of the plastic masses to be treated, the possibility has been provided of replacing the "temperature-pressure shaft", so that a shaft of the most suitable shape can be mounted in a simple manner, in taking into account the composition of the material to be treated.
Still thanks to the invention, it is possible to raise the pressure in the multi-screw extruders, if necessary, beyond the value achievable previously, given that, in masses with high viscosity, a fraction of the increase in pressure is transferred to the main screw, this yes has the effect of relieving the abutment pa] '.ers of the auxiliary screws, bearings for which we also now have sufficient location in the radial direction.
However, the main screw thrust bearing can now be moved rearward such a distance that it can have virtually unlimited dimensions, both radially and axially, just as in high pressure extruders. tznic screw.
In addition, the auxiliary screw (s) can be mounted to include a safety system against excessive pressure, to be easily accessible and replaceable.
On the other hand, the invention has yet another advantage which resides in the elimination of a drawback of the preceding constructions. Since extruders must be able to knead, knead, gel, homogenize, etc., the processing of the various plastics required screws of increasing length, which led to the known difficulties with regard to mounting, bending. and the characteristics of the running of the trees in the housings, etc. Until now, we tried to remedy these drawbacks by reducing the depth of the turns,
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that is to say, by increasing the ratio of the respective diameters of the core and the thread.
This solution made it possible to achieve, it is true, more robust screws, that is to say, more rigid; on the other hand, it had the effect of considerably reducing the throughput of the extruders. This drawback is eliminated in the present invention by the provision of de.ux or more auxiliary screws, so that, on the one hand, and thanks to the adoption of a favorable diameter ratio, the main screw - which, here, is still extended by the "temperature-pressure shaft" - is provided with sufficient rigidity and that, on the other hand, the extrusion through the die, that is to say - say, the flow, can be increased thanks to the provision of several extra screws.
The flow rate of the initial part of the temperature-pressure shaft is chosen so that this shaft absorbs an amount of material equal to or less than that delivered by the screw.
According to the invention, the chamber through which the material is passed on its path between the screws and the temperature-pressure shaft is shaped so. that there cannot be accumulations or swirls of material, that is to say, so that the material to be treated flows uniformly from the screws to the last processing sector . The pressure-temperature tree is established in such a way that a rapid increase in pressure already takes place (thanks to the reduction of the passage section) in its initial part. Thus, the material is compressed over a short path, so that, if necessary, any residual blisters of air or gas - in the case of wet material for example - are expelled to the zone of least pressure. , that is, backwards.
It is important in this case that, in the case of a wet or powdery material, the machine is not overfed on the side.
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ché1I'mE'r "t, that is to say that the supply of fresh material is exactly controlled.
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Thanks to the heating system, the temperature can be raised to the maximum required up to the point where the temperature-pressure shaft begins, which rise can be. either uniform, or faster at the start, then slowing down, or again, fast at the beginning, with, then, maintenance of the temperature at a uniform value. The temperature is lowered from the point where the temperature-pressure tree begins, this (depending on the nature of the material used) either by reducing the heating or by cooling.
Thanks to this arrangement, the viscosity of the melt increases, the material becomes more syrupy and offers greater resistance, while the pressure increases, just like when we insert sieves, perforated discs, etc., with this essential difference. however, that the material is kept constantly in a uniform motion, instead of being stopped or slowed down, causing it to burn or overheat, as is the case with tarnishes, perforated discs, etc., mentioned above, or in the case of intentional or fortuitous accumulation chambers, determined for example by unfavorable dead points from the point of view of the dynamics of the fluids.
The heater can be applied either to the crankcase, to the screw (s), or a combination of the two. Likewise, cooling can be applied to the temperature-pressure shaft, the jacket, or both.
As is known, it is very difficult to carry out a polymerization process in such a way that all the polarization molecules obtained have the same chain length and therefore the same melting point, the same ability to expand in the softener, the same viscosity, etc ...
On the other hand, the preparation of the polymer gives rise, during drying for example, to the appearance of harder and less porous grains which soften more slowly and which support
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less ra.5derr.ent: under the action of the softener. Special case
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They can be homogenized, in the case of suspension CPV, on the mixing rolling mill, for example by bringing the rolls together and by friction. The elimination or homogenization of these grains was practically impossible with the extruders known to date.
This also applies to viscous materials. with a high degree of polymerization (for example polyethylene at low pressure and with a high degree of polymerization), which can be worked directly in the screw extruder, without being previously granulated.
The harder grains, called "fish eyes", or the harder nodules, are brought by
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the rw: .oiii;: eur to abound on the surface or are liquefied pure 1 cnaleur in the case of products free from the softener ci, l ce r, xî.ar: .t, most of the rest of the mass is - iéjà 11. ':!. usL'i & 6 or has a lower viscosity, sùa. xer3it.: j J.: gold, kneading effect, in an extruder with two or more screws -for example, these grains are entrained with the- #ifatire, since they are lubricated by the surface which e. suffered a: ': 11: 0j ,, -: had an initial expansion, 311 prolonging the phase of ^ rl'.xLU.' 'F'2, r ?, that is to say, in ± \ U; a: ej.1t6nt the length of n ..: ... c ..:. i:. ::: "we can, it is true, obtain a a :: cliotâtion; pr center, C61:. your measure compromises the stability of the material.
Now, and as indicated above, the provision, according to the invention, of a temperature-pressure switch downstream of the screw allows the temperature to be lowered within the limits of this tree.
This has the effect of increasing the viscosity, that is, first of all, that of the molten material, which is less viscous,
Since the materials involved are always poor conductors of heat, the increase in viscosity by cooling the surface propagates slowly, as a result of the cooling of the surface, from the exterior to the surface. 'interior (this progression being done on both sides simultaneously towards the nucleus.
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ae the mass, when both the crankcase and the shaft are cooled);
! so that the viscosity of the melted mass, which was hitherto liquid, becomes equal to that of the less fluid nodules or grains. On the other hand, there is an increase in pressure, so that the friction due. to individual non-homogeneous particles the mass increases and that in this way all possible grains and nodules are removed with certainty. This process takes some time and, therefore, requires a path of a fixed length in the machine. For the reasons indicated above, this duration cannot be shortened by an increase in the temperature (or, in the present case, by a less marked decrease in the temperature).
It is now sufficient to raise the temperature again at the outlet end of the temperature-pressure shaft or shortly before the injection head and to adjust the passage section in this head so as to generate exactly the pressure required to produce a product of definitive shape, which will make it possible to obtain a coudin shaped absolutely homogeneously, with a smooth, shiny surface and free of sores.
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H j, V 3 i D lC.t1.T 1 0 I \ 'ti.
1.- Screw extruder for shaping plastic masses, in particular thermoplastic. @es, where a main screw cooperates in a heatable casing, with at least one auxiliary screw, characterized by the intercalation; between the main screw and the extrusion die, a downstream intermediate member, a
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..1 '(, 1'6' pe: r 'example, which regulated the forecast according to the temperature.