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La nrésente invention se ranporte à un procédé et à un appareil de fabrication de perles ou granules en matière thermoplastique. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de fabrication de granules à mouler en polymères et composition polymères thermoplastiques normalement solides sous forme de perles distinctes ca- pables de s'écouler librement .
Les matières thermoplastiques telles que des polymères de composés de vinyle et de vinylidène sont livrées communément sous forme de poudres ou granules à mouler à l'état finement divisé, de débris ou de particu- les, et l'on a utilisé, pour fabriquer de la poudre ou des granules à mouler avec de tels polymères, divers moyens tels que pulvérisation, broyage, ou extrusion du polymère ou de la composition polymère plastifiée par la chaleur de façon à former une bande, une feuille, un fil ou un groupe de fils que l'on refroidit et que l'on coupe ou casse de façon à obtenir des particules de torse convenable pour le soulage.
Les procédés utilisés jusqu'à présent pour fa- briquer des granules de polymères thermoplastiques à mou- ler présentent l'inconvénient que les dimensions des par- ticules varient souvent entre celle d'une poudre fine et celle de grains grossiers et qu'il est nécessaire de taniser le polymère broyé ou brisé de façon à obtenir des grains de grosseur sensiblement uniforme utilisables pour le moulage.
Même si l'on forme par extrusion une ban- de ou des fils multiples avec le polymère plastifié par la chaleur et qu'on le refroidisse et le coupe ou brise ensui- te de façon à le granuler, on obtient une proportion con- sidérable de grains fins, et les granules , qui sont de
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forme et de dimension irrégulières, sont moins appropriés au moulage qu'on ne le voudrait.
L'utilisation de granules de forme irrégulière ou d'un mélange de tels granules de différentes grosseurs augmente les difficultés d'obtenir une alimentation uniforme des Machines à mouler à injec- tion ou des extrudeuses de matière plastique, et rend dif-. ficile l'obtention d'une charge uniforme de la matière dans les moules à compression ou autres soûles de volume déter- miné, d'où il résulte une densité et une qualité variables des articles moulés.
Le procédé de la présente invention convient par- ticulièrement à la production de granules à mouler en polymères thermoplastiques normalement solides, plus parti- culièrement de composés de vinyle ou de vinylidène, et plus particulièrement encore de composés aromatiques de vinyli- dène. Les granules obtenus par ce procédé sont générale- sent capables de s'écouler librement et ont une grosseur uniforme ou sensiblement uniforme. Le procédé selon l'in- vention comprend l'extrusion d'une petite quantité du po- lymère dans un conduit ou espace confiné ouvert à des cô- tés opposés, puis l'éjection du polymère fondu ou plasti- fié hors de ce conduit ou espace, avec refroidissement si- multané, par introduction d'un fluide inerte comprimé.
Avantageusement, le conduit ou espace a une section cir- culaire et a de préférence la forme d'un tube étroit dont la longueur est de préférence du même ordre que son dia- mètre. La grosseur des granules produits par ce procédé peut être contrôlée en réglant la section et, si' l'on veut, la longueur du conduit ou espace tubulaire, respec- tiveent. Il est quelquefois avantageux que ledit conduit ou espace tubulaire soit relié à un conduit de plus grande section à travers lequel passe le polymère extrudé avant d'être éjecté sous la forme d'un granule.
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Le fluide inerte comprimé utilisé dans le pro- cède de la nrsente invention doit généralement être à une température spérieure à son point d'ébullition nor- mal et Deut avantageusement être un fluide aqueux, tel que de l'eau ou de la vapeur surchauffée. Pour la commedité du fonctionnement, on peut intreduire le polymère et le fluide par le même orifice dans l'espace ou tube confine.
Le procédé selon l'invention peut être-mis en oeuvre d'une manière continue en injectant et éjectant alternativement le polymère, et de préférence plus d'un conduit ou canal confiné est alimenté par la mme source de polymère et par la même source de fluide inerte comprimé. L'opération alter- native continue peut être effectuée facilement en faisant passer un orifice du conduit ou canal confiné alternati- vement et, de préférence, circulairement sur des ouvertu- res reliées à la source de polymère et des ouvertures re- liées à la source de fluide comprimé.
Le polymère thermoplastique fondu ou plastifié par la chaleur peut contenir, si l'on veut, des composés organiques volatils dispersés dans ce polymère et dans lesquels le polymère est insoluble. Il est avantageux dans cette opération que la pression exercée sur le polymè- re thermoplastique fondu ou plastifié par la chaleur, avant qu'il pénètre dans le canal ou conduit, soit maintenue à une valeur suffisamment élevée pour que le composé orga- nique volatil reste à. l'état non gazeux.
La température du polymère fondu ou plastifié par la chaleur doit être généralement maintenue au-dessous de la température criti- que du composé organique volatil, qui peut ou bien être constitué par au moins un hydrocarbure organique saturé dont la molécule contient de préférence au moins 4 à 7 radicaux hydrocarbonés ou au moins un radical hydrocaroné perhalogéné, ou bien contenir au moins un tel hydrocarbure
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organique saturé, ces composas volatils ayant de préférence un point d'ébullition inférieur à 93 C sous une pression absolue de 760 mm de mercure.
Ainsi, l'invention permet une production facile de granules en matière thermoplastique telle que des poly- mères synthétiques de composés organiques de vinßïe et de vinylidène, c'est-à-dire de polymères normalement solides et de compositions comprenant de tels polymères, par un procédé qui consiste à amener une composition normal=ment solide plastifiée ou ramollie par la chaleur comprenant un polymère thermoplastique, sous une pression appliquée d'une manière continue, dans une zone d'extrusion où elle est introduite dans des conduits étroits sous la pression' qui lui est appliquée et pénètre dans une zone de pression plus basse, puis est coupée en globules ou particules distinctes de la matière plastique extrudés,
ces globules étant près-que immédiatement mis en contact avec un courant d'un fluide sous pression qui ne réagit pas et n'est pas miscible avec la matière plastique et setrouve à une température supérieure à son point d'ébullition sous la pression atmos- phérique, le courant de fluide faisant pénétrer les globules de la matière plastique dans une zone de pression suffisam- ment plus basse peur faire bouillir ou vaporiser au moins une partie du fluide, de sorte que les globules de matière plastique sont rapidement refroidis et solidifiés.
Plus particulièrement, l'invention peut comprendre en combinaison, l'amenée d'un polymère ou d'une composition polymère thermoplastique normalement solide dans un état plastifié par la chaleur lui permettant de couler, sous une pression appliquée continuellement, à une filière d'extru- sion comprenant, en combinaison, un organe coupant compor- tant une série de conduits étroits le traversant et, sur sa face de sortie, une série de rainures peu profondes disposées entre lesdits conduits étroits mais non reliées
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à ceux-ci, et un organe de décharge comportant une série de sorties conduisant à une zone de plus basse pression et une entrée aboutissant auxdites rainures forces dans la face de l'organe coupant,
celui-ci et l'organe de dé- charge pouvant tourner l'un par rapport à l'autre et étant placés l'un contre l'autre avec un jeu permettant le mouvement, lesdits conduits étroits et lesdites rainures de l'organe coupant venant alternativement en coïncidence avec les sorties de l'organe de décharge lorsque l'organe coupant et l'organe de décharge tournent l'un par rapport à l'autre, l'amenée sous pression d'un fluide non capable de réagir et non miscible avec la matière plastique à l'entrée formée dans l'organe de décharge, et l'extrusion de la matière plastique plastifiée par la chaleur à travers la filière, pendant qu'on fait tourner l'organe coupant et l'organe de décharge l'un par rapport à l'autre,
de sorte que la matière plastique est extrudée et coupée en parcel- les distinctes qui sont refroidies et éjectées de la filiè- re à l'état de granules solides ayant la forme de perles coulant librement .
La description qui va suivre en regard des des- sins annexés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une partie du cylindre d'une boudineuse de matière plastique ordinaire, montrant une vis d'alimentation et la filière d'extrusion selon l'invention comprenant l'organe coupant et l'organe de décharge.
La figure 2 est une vue de profil de l'organe coupant.
La figure 3 est une vue en bout de l'organe cou- pant.
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La figure 4 est une vue de face de l'organe cou- pant montrant les conduits étroits et les rainures.
La figure 5 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la face de l'organe coupant, montrant plus en détail les conduits étroits et les rainures dela face.
La figure 6 est une vue en bout de la face de l'organe de décharge.
¯ La figure 7 est une coupe de l'organe de décharge par la ligne 7-7 de la figure 6.
La figure 8 est une coupe longitudinale d'une autre disposition d'un organe coupant et d'un organe de décharge coaxiaux et pouvant tourner l'un par rapport à l'autre d'une filière d'extrusion selon l'invention, uti- lisable en combinaison avec une boudineuse de matière plas- tique ordinaire comme prolongement du cylindre de celle-ci.
La figure 9 est une vue de profil de l'organe coupant représenté sur la figure 8.
La figure 10 est une vue de profil de l'organe de décharge représenté sur la figure 8.
La figure 11 est une coupe de l'organe coupant par la ligne 11-11 de la figure 9.
La figure 12 est une coupe de l'organe de déchar-, ge par la ligne 12-12 de la figure 10.
La particularité essentielle de l'appareil selon l'invention est constituée par la Rilière d'extrusion com- prenant , en combinaison, l'organe coupant traversé par les; passages étroits et pourvu de rainures, et l'organe de décharge coaxial avec l'organe coupant et pouvant tourner ;
'.' par rapport à lui avec un jeu entre ces deux organes permet. tant leur mouvement, les sorties de l'organe de décharge venant alternativement en coïncidence avec les passages étroits et avec les rainures de l'organe coupant lorsque
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celui-ci et l'organe de décharge tournant l'un par rapport à l'autre, comme le montre la figure 1 dans un cylindre de boudineuse ordinaire, habituellement horizontale, selon un mode de réalisation et la figure 8 selon un autre mode de réalisation.
La filière d'extrusion selon l'invention repré- sentée sur la figure 1 comprend, en combinaison, l'orgone
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de filière coupant 13 et l'organe de décharge 14 11-1:;11 i <8 dans le cylindre 15 d'une boudineuse standard 16, habi- tuellement horizontale, et cette filière prolonge coaxiale-
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ment une vis d'alimentation de type classique 17. Génér3ement mais non nécessairement, la vis 17 a une âme lô dont le dia- mètre est au moins égal à la moitié de celui du cylindre 15, et elle est habituellement du type à compression, le pas des spiies successives de la vis allant en diminuant .
Typiquement, le cylindre 15 est entouré d'une chemise 19 servant au chauffage ou au refroidissement selon les be- soins. Avantageusement, la vis d'alimentation 17 peut être prolongée coaxialement par une torpille mélangeuse pour boudineuse (non représentée) semblable à celle décrite dans le brevet américain n 2.453.088 du 26 décembre 1945 inter- posée entre la vis d'alimentation et l'organe de filière 13, avec modification convenable de l'extrémité de cette torpille pour lui relier l'organe de filière et faire tour-
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ner celui-ci avec elle. m.<Iis une telle 'tornille n'est cas gaz* ci=ci ayrec elie- ' Ss oee elle trvill " test " vas nécessaire. Au delà de l'organe 13, dans le sens de l'ex- trusion, est disposé l'organe de décharge 14.
Par exemple, l'organe de décharge 14 a la forme d'une plaque maintenue en place à l'extrémité de sortie du .cylindre 15 par des vis 20 qui traversent des trous 21 et se vissent dans des taraudages 22. L'organe de décharge 14 comporte une entrée 23 et undsérie d'orifices de sortie 24 qui peuvent avoir
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toute forme désirée, par exemple ronde ou carrée, des perçages ronds cylindriques ou coniques étant préférés,
Les particularités essentielles de l'organe de filière formant le prolongement coaxial d'une vis d'alimen- tation dans le cylindre de la boudineuse à matière plasti- que représentée -sur la figure 1 sont montrées plus en dé- tail sur les figures 2, 3, 4 et 5,
la figure 5 étant une vue agrandie d'une partie dela face de l'organe de filière, montrant une disposition des conduits étroits et des rai- nures formées dans cette face. Le corps de l'organe de filière 13 a avantageusement la forme d'un tronc de cône dont le diamètre est compris entrela moitié et les trois quarts de celui du cylindre de la boudineuse, la base du tronc de cône étant adaptée au diamètre de l'âme 18 de la vis d'alimentation 17, le cône s'élargissant iusqutà une base de diamètre suffisamment inférieur au diamètre du cylindre 15 pour laisser la place à une collerette péri- phérique 25 ayant elle-même un diamètre suffisamment infé- rieur à l'alésage du cylindre 15 pour laisser un jeu d'en- viron 0,25 à 0,
50 mm entre la collerette 25 et le cylindre 15, la collerette 25 étant suffisamment plus large que la base du cône 26 pour permettre de former dans cette col- lerette une série de conduits étroits 27, par exemple des fentes creusées à la périphérie, permettant à la matière plastique detraversar l'organe de filière 13. La vis 17
1 fait tourner l'organe de filière 13 au moyen d'un bout mâle hexagonal de diamètre inférieur à celui de l'âme 1$de la vis 17 et ajusté à glissement dans un trou correspon- dant 2$ formé à l'extrémité de l'organe de filière 13.
Inversement, la vis 17 pourrait avoir un trou hexagonal ou carré formé à son extrémité et ajusté à glissement sur une saillie correspondante de l'organe de filière 13 pour que celui-ci tourne solidairement aveu la vis. Cette liai- son entre l'organe de filière et la vis par une saillie
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et un trou ajustés à glissement est avantageuse car elle. permet à la pression de la matière plastique qui avance de maint3nir la face de l'organe de filière 13 appliqué parallèlement contre l'organe de décharge 14.
L'organe de filièra 13 peut être tronconique pour assurer une approche régulière de la matière plastique quittant la vis 17, ou bien on peut utiliser un épaulement circonférentiel conique (non représente) pour assurer l'arrivée douce de la matière plastique dans les passais étroits 27 formas dans la collerette 25 de l'organe de filière 13. Les conduits étroits 27 peuvent être des trous perces à la mèche ou des fentes et avoir une forme de sec- tion quelconque, par exemple ronde, carrée, oblongue, etc., mais ils sont de préférence constitués par des fentes péri- phériques équidisatantes autour de la collerette 25 de l'or- gane de filière 13, avec des évasements 29 conduisant aux fentes pour assurer une entrée douce de la matière plasti- que dans ces fentes.
Comme on le voit sur la figure 4, la face de l'organe de filière 13 présente une série de rai- nures radiales 30, dirigées vers l'extérieur entre les fentes périphérioues ou conduits étroits successifs 27 mais non reliées à ceux-ci. Les rainures 30 ont avantageusement une largeur et une profondeur égales au diamètre des con- duites étroits 27 s'ils sont constitu4s par des trous per- ces, ou à leur largeur dans le cas de fentes. Les rainures radiales 30 partent d'une rairure annulaire 31 de la face de l'organe de filière 13, cette rainure pouvant avoir une largeur et une profondeur comprises entre 0,254 et 6,35 mm ou davantage.
La rainure annulaire 31 représentée sur la figure 5 dans la face de l'organe de filière 13 forme avec l'organe de décharge 14 un réservoir ou chambre pour alimenter en fluide les rainures raciales 30 lorsque l'or- gane de filière 13 et l'organe de décharge 14 sent places '
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l'un contre l'autre avec un jeu permettant le mouvement,.
L'organe de décharge 14 est constitué par un plateau de diamètre plus grand que l'alésage du cylindre 15 et maintenu en place à l'extrémité de la boudineuse par des vis 20. Dans l'organe de décharge 14 sont formées des séries de sortie 24 telles que des trous percés à la mèche ou des orifices ayant une autre forme de section, par exemple carrée, oblongue ou hexagonale, mais des,,perçage,-: coniques sont préférables.
Les sorties 24 sont constituées, de préférence, par une série de trous percés à égale distance sur un cercle de diamètre tel qu'il renferme à la fois une partie des conduits étroits 27, par exemple les fends des fentes périphériques, et les extrémités extérieures des rainures radiales 30 de la face de l'organe de filière 13, le nombre et l'écartement de ces trous 24 pouvait être égaux au nombre et à l'écartement des conduits étroits 27.
De préférence, cependant, les sorties 24 de l'organe de décharge 14 ne correspondent pas en nombre et en écarte- ment aux rainures 30 et aux conduits étroits 27 de l'organe de filière afin d'éviter des pulsations dans l'écoulement du fluide à travers les sorties. En choisissant pour les sorties un nombre et un écartement différents du nombre et de 1'écartèrent des conduits étroits et des rainures, une partie seulement des rainures et des sorties coïnci- dent en même temps et l'on évite les pulsations dans l'é- coulement du fluide. Cela est particulièrement avantageux lorsque le fluide est un. liquide, par exemple l'eau.
Les sorties 24 sont amenées en coïncidence avec les conduits étroits 27 et avec les rainures 30 alternativement lorsque l'organe de filière 13 tourne par rapport à l'organe de décharge 14. Il convient de donner aux sorties 24 un dia- mètre sensiblement égal à la largeur ou au diamètre des passages étroits 27 dans l'organe de filière 13 et une
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profondeur dans l'organe de décharge 14 à peu près égale à leur diamètre, au delà de laquelle les sorties 24 sont avantageusement élargies à un diamètre plus grand ainsi que représenté sur la figure 7 pour faciliter l'éjection et le refroidissement de la matière plastique à la traver- sée de l'organe de décharge 14.
Celui-ci est muni d'un tube d'entrée 23, avantageusement fixé dans un trou taraudé situé au centre ou coaxial avecla boudineuse 16.
A titre d'exemple plus particulier, une boudineu- se de matière plastique de 7,6 em de diamètre nominal a un cylindre et une vis de 1,2 m de long. La vis est taillée de façon à former à son extrémité un bout mâle hexagonal de 3,8 cm ajusté à glissement dans un logement hexagonal correspondant 28 d'un organe de tuyère 13 de 3,8 cm de long semblable à celui représenté sur les figures 2, 3, 4 et 5. Le cône 26 de l'organe de filière a une inclinaison de 22 1/2 , la collerette 25 de l'organe de filière 13 a 7,6 cm dediamètre, 1,27 cm de largeur et 0,32 cm d'é- paisseur. Dans la collerette sont formées 45 fentes péri- phériques équidistantes de 0,89 mm de largeur et 0,32 cm de profondeur.
La face de l'organe de filière 13 présente 45 rainures radiales équidistantes de 0,89 mm de largeur, 0,32 cm de profondeur et 0,63 cm de longueur disposées en- tre les fentes périphériques et s'étendant jusqu'à 2,381 mm du bord extérieur de la collerette. Les extrémités intérieures des rainures radiales communiquent avec une rainure annulaire de 5,40 cm de diamètre, 1,588 mm de largeur et 1,58 mm de profondeur. Une âme centrale de 5,08 cm de diamètre affleure la face de l'organe de filiè- re 13. L'organe de filière 13 est monté sur la vis d'a- limentation 17 dans le cylindre 15 de la boudineuse 16 et placé contre un organe de décharge 14 fixé à l'extérieur
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de la boudineuse 16 par des vis 20, avec un jeu permettant le mouvement entre l'organe de filière 13 et l'organe de décharge 14.
L'organe de décharge 14 est constitué par un plateau circulaire de 1,27 cm d'épaisseur dont l'entrée centrale est constituée par titi trou taraudé avec un filet de tuyau américain standard de 0,63 cm et présente 50 sorties constituées par des trous percés de 0,89 mm de diamètre et 0,89 mm de profondeur débouchant dans des trous de 0,32 cm de diamètre comme on le voit sur la figu- re 7. Les sorties sont disposées à égale distance sur un cercle de 4,68 cm de diamètre et viennent alternative- ment en coïncidence avec les fentes périphériques et àvec les rainures radiales de l'organe de filière 13 lorsque celui-ci tourne par rapport à l'organe de décharge.
En fonctionnement, la boudineuse 16 est chauffée à la vapeur, à l'eau chaude, à l'huile, ou avec tout autre agent de transport de chaleur, dans la chambre 19, et la composition plastique, amenée à la température vou- lue, est poussée en avant sous une pression continuelle- ment appliquée (par la rotation de la vis 17 au moyen d'un engrenage, non représenté, entraîné par un moteur) dans les conduits étroits 27 de l'organe de filière 13. Un fluide non miscible avec la composition plastique est amené sous pression par l'entrée 23 de l'organe de décharge 14, à une température supérieure à son point d'ébullition sous la pression atmosphérique, dans les rainures 31 et 27 de l'organe de filière, 13, c'est-à-dire entre les faces ad- jacentes de l'organe de filière 13 et de l'organe de dé- charge 14.
Ce fluide peut être un gaz ou un liquide, à par exemple l'azote, le propane, l'eau, l'alcool méthy- lique ou autre, et il arrive à une température supérieure à son point d'ébullition normal et sous une pression suf- fisante pour donner un effet de refroidissement apprécia-
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ble , soit par détente, soit à la fois par détente et vaporisation, et pour éjecter la matière plastique à tra- vers les sorties 24 en se détendant. Dans le mode de réa- lisation représenté sur la figure 1, la rotation est ef- fectuée à gauche puisque le pas de la vis 17 est à droite- Lorsque la matière plastique atteint les passages étroits 27 de l'organe de filière 13, elle est poussée dans les fentes périphériques 27.
On observe qu'en appliquant la pression continuellement à la matière plastique par ro- tation de la vis 17 et de l'organe de filière 13, on ob- tient un écoulement unique de la matière plastique dans les fentes périphériques 27 et hors de ces fentes au bord arrière de la collerette de la filière 13, de sorte que les conduits étroits se nettoient d'eux-mêmes et n'ont pas tendance, ou n'ont que peu tendance, à être bouchés par bourrage ou solidification de la matière plastique dans ces conduits. Apparemment, le frottement sur un film lubrifiant de matière plastique entre le cylindre 15 et la collerette 25 de l'organe de filière 13 a pour effet de faire rouler la matière plastique dans les fentes péri- phériques à la fois axialement et radialement.
Lorsque la filière 13 tourne, les fentes périphériques 27 sont ame- nées en coïncidence avec les sorties 24 de l'organe de décharge 14. La matière plastique sous pression pénètre dans les sorties 24 et elle est coupée en parcelles dis- tinctes lorsqu'en tournant les fentes 27 de l'organe de filière 13 cessent de coïncider avec les sorties 24.
L'organe 13 continuent à tourner, les rainures 30 de sa face viennent en coincidence avec les sorties 24 de l'or- gane de décharge 14, de sorte que le fluide non réactif, qui n'est pas miscible avec la matière plastique et qui est sous pression, pénètre dans les sorties 24 derrière les granules de matière plastique, les éjecte hors des
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sorties et des refroidit de façon à former des particule solides distinctes. -
La filière d'extrusion représentée sur la figure 8 comprend un organe cylindrique 34 présentant une série de passages étroits 35 et un organe de décharge 36 ayant une série de sorties 37, entourant coaxialement l'organe de filière 34, et pouvant tourner autour de celui-ci avec un jeu de 0,254 à 0,508 mm entre les deux.
Cette filière est utilisable avec une machine d'extrusion standard, ha- bituellement horizontale, comme prolongement du cylindre de la boudineuse, ou un association avec une pompe à ma- tière plastique destinée à faire avancer la matière plas- tique et à la maintenir sous une pression continuelle dans la filière. L'organe de filière 34 est constitué par un cylindre présentant une série de conduits étroits 35, de préférence des fentes longitudinales, traversant de part en part la paroi du cylindre dans sa partie médiane et, à sa surface extérieure, une série de rainures longitudi- nales 38 situées entre les fentes longitudinales 35 et ne communiquant pas avec celles-ci, ces rainures dépassant longitudinalement les extrémités des fentes 35. Les ex- trémités des rainures 38 communiquant avec des chambres 39 et 39a formées dans l'organe de décharge 36.
Dans l'organe de filière 34 est formée une entrée 40 aboutis- sant à la chambre 39 en traversant la paroi du cylindre de filière 34. Au delà des fentes et des rainures longi- tudinales formées dans la partie médiane du cylindre de filière 34, ce cylindre présente un épaulement conique 41 permettant une entrée douce de la matière plastique dans un prolongement de plus petit diamètre du cylindre, destiné au nettoyage ou à la sortie de la matière plasti- que au début du fonctionnement.
Cette extrémité du cylinr dre de filière 34 est pourvue d'un robinet, par exemple un
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robinet à boisseau, ou d'un. bouchon fileté 42 qui, ainsi que représenté, ferme l'orifice de sortie 43 lorsqu'on le visse dans l'extrémité taraidée du cylindre de filière 34. L'extrémité d'entrée du cylindre de filière est muni d'une bride 44 percée de trous de boulons 45 pour fixer la filière 34 à l'extrémité de sortie d'une boudineuse àe matière plastique ou autre source d'alimentation et à des organes pour faire pénétrer la matière plastique dans la filière et l'y maintenir continuellement sous pression.
Deux rainures circonférentielles 47 et 47a sont formées à la surface extérieure du cylindre de filière 34 pour recevoir des bagues élastiques destinées à maintenir l'organe de décharge 36 en place. L'organe de décharge 34 est représenté plus en détail sur les figures 9 et 11.
L'organe de décharge 36 est constitué par un manchon cylindrique dont le diamètre intérieur est supé- rieur à celui du cylindre de filière 34 de façon à donner un jeu d'environ 0,254 à 0,508 mm entre les deux pièces.
Ce jeu doit habituellement être assez petit pour éviter une fuite appréciable de la matière plastique. Dans l'organe de décharge 36 sont formées des gorges intérieures 48 et 48a ayant convenablement une profondeur de 0,8 à 3,2 mm, ces gorges formant en association avec le cylin- dre de filière 34 des chambres 39 et 39a lorsque la filiè- re d'extrusion est assemblée ainsi que représenté sur la figure 8. Les gorges intérieures 48 et 48a ont une largeur suffisante pour communiquer avec les extrémités des rainu- res 38 du cylindre de filière 34 et avec le conduit d'en- trée 40 lorsque l'organe de décharge 36 tourne autour du cylindre de filière 34. Entre les gorges 48 et 48a sont formés dans l'organe de décharge 36 une série d'orifices de sortie 37 en rangées coaxiales et longitudinales par rapport à l'axe de l'organe de décharge.
La section de ces orifices de sortie peut avoir une forme quelconque,
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telle que carrée, oblongue, rectangulaire, ronde ou triangulaire, mais des trous ronds cylindriques ou coniques sont utilisés avantageusement. Il convient que ces sorties aient un diamètre égal ou sensiblement égal à la largeur des fentes du cylindfes de filière 34. Des sorties de plus petit diamètre peuvent être utilisées, mais s'il est plus grand leur diamètre ne doit pas être sensiblement supérieur à la largeur de fente 35 de manière que toute la section des sorties soit remplie de matière plastique lorsque ces sorties 37 et les fentes 35 du diamètre de filière 34 viennent en coïncidence au cours de la rotation de l'organe de décharge 36 autour du cylindre de filière 34.
Les sor- ties 37 de l'organe de décharge 36 peuvent avoir toutes dimensions et formes de section convenables, mais elles sont constituées avantageusement par des trous percés à la mèche de 0,51 à 0,635 mm de diamètre et de longueur sensiblement égale à leur diamètre dans l'organe de dé- charge 36, ces trous s'élargissant ensuite pour faciliter l'éjection ou sortie de la matière plastique. Les sorties peuvent être constituées par exemple par des trous perces avec élargissement tels que représentés sur la figure 12.
L'organe de décharge 36 entoure le cvlindre de filière 34 dans lequel sont formés les conduits étroits, c'est-à-dire les fentes longitudinales 35 et les rainures extérieures 38 qui viennent en coïncidence avec les sor- ties 37 de l'organe de décharge 36 lorsque celui-ci tour-ne, L'organe de décharge 36 est maintenu en place par des an- neaux élastiques 49 et 49a logés dais des gorges annulaires 47 et 47a du cylindre de filière 34 .
Entre l'anneau élastique 49a et l'extrémité de l'organe de décharge 36 est placé un joint tournant 50a de type classique. Un autre joint 50 est placé à l'autre ex- trémité de l'organe de décharge 36 où il est maintenu en place par une bague 51 de l'anneau élastique 49.
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L'organe de décharge 36'' est entraîne par une roue dentÉe ou pignon à chaîne 52 est fixé au moyen de vis 54 à une bague 53 qui tourne sur un palier 55 Un accouple- ment souple 56 relie la bague 53 et le pignon 52 qui lui est fixé à l'organe de décharge 36 de façon à faire tour- ner celui-ci avec le pignon 52 lorsque ce pignon est mis en mouvement par une chaîne et une roue entraînée par un moteur (non représentés).
En fonctionnement, la filière d'extrusion re- présentée sur la figure 8 est reliée à une source d'ali- mentation en matière plastique, par exemple une boudineuse ou une pompe. La matière plastique fondue ou ramollie par la chaleur, par exemple du polystyrène ou une composition comprenant du polystyrène, est poussée dans un état fluant dans le cylindre de filière 34 sous une pression cui lui est appliquée continuellement et qui la force à Déntrer dans les conduits étroits, c'est-à-dire cans les fendes longitudinales 35 de la partie médiane du cylindre 34. Au départ, on laisse généralement la matière plastique s'é- couler par la sortie 43 en dévissant le bouchon 42 suf- fisamment pour ouvrir cette sortie, de façon à nettoyer l'intérieur du cylindre.
On introduit sous pression, et à une température supérieure à son point d'ébullition scus la pression atmosphérique, un gaz ou un liquide ne rés- gissant pas et non miscible avec la matière plastique, par exemple de l'azote, du propane; de -il mét@yli- que ou de l'eau, dans la chambre 39 par le canal d'entrée 40 et, par les rainures 38, dans la chambre 39a.
L'organe de décharge 36 est mis en mouvementde la manière ordinaire par une chaîne et une roue dentée (non représentée) entraînée par un moteur. A mesure que l'organe de décharge tourne, les corties 37 de l'organe de décharge 36 viennent en coïncidence avec les fentes longi-
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tudinales 35 du cylindre de filière 34. La matière plasti- que, soumise continuellement à une pression, dans le cylin- dre et dans les fentes, pénètre dans les orifices de sortie 37 et est coupée en parcelles ou globules distincts lorsque la rotation de l'organe de décharge 36 déplace les orifices de sortie 37 au delà des fentes 35.- En continuant à tour- ner,
l'organe de décharge 36 amène les sorties 37 en coïncidence avec les rainures longitudinales 38 forages sur la face extérieure du cylindre de filière 34 dans sa partie médiane, de sorte que le fluide sous pression, qui ne réagit pas et qui n'est pas miscible avec la matiè- re plastique, et qui est constitué de préférence par de l'eau surchauffée sous pression, pénètre dans les sorties 37 derrière les globules de matière plastique qu'elle éjec- te et refroidit simultanément, de façon à les solidifier sous forme de perles.
Le procédé selon l'invention peut tre utilisé avec avantage pour fabriquer des granules avec une multi- tude de matières thermoplastiques, c'est-à-dire des matiè- res plastiques organiques, telles que des éthers cellulosi- eues, des esters cellulosiques, ainsi que des polymères et copolymères thermoplastiques normalement solides de com- posés de vinyle et de vinylidène ou des compositions con- tenant de tels polymères ou copolymères thermoplastiques,
par exemple des polymères et copolymères plastifiés ou pig- mentes de composés de vinyle et de vinylidène. Le procédé est particulièrement avantageux pour fabriquer des granu- les de résines aromatiques alkényles thermoplastiques et de compositions moulables contenant de telles résines avec une petite proportion de plastifiant ou d'un ou plusieurs ! composés organiques volatils capables de faire mousser la résine de façon à donner un produit cellulaire lorsqu'on chauffe les granules de cette composition à une température'
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supérieure à son point de ramollissement et au point d'ébullition du composé organique volatil.
Par résine aromatique alkényle, il faut entendre ici un polymère solida d'un ou plusieurs composes aroma-
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tiques aïkënyliques polymérisables. Un tel uolyKtere cor.'ior'jnc à l'état chimiquement combiné au moins 50% en poids d'au moins un composé aromatique d'alkényle répondant à la forme générale :
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où Ar représente un radical hydrocarboné aromatique ou un radical hydrocarboné halogéné de la série benzénique et R représente l'hydrogène ou le méthyle.
Comme exemples de telles résines aromatiques alkényles, on peut citer les homopolymères solides de styrène, de vinyltoluèn e, de vinylxylène, d'isopropylstyrène, de tert-butylstyrène, de Ar-chlorostyrène ou Ar-dichlorostyrène, les copolymères solides de deux ou plusieurs de ces composés aromatiques d'alkényle l'un avec l'autre et les copolymères solides d'un ou plusieurs de ces composés aromatiques d'alkényle avec des proportions inférieures d'autres composés oléfini- ques faciles à copolymériser, tels que la méthacrylate de méthyle ou le nitrile acrylique, ainsi que des copolymères des composés aromatiques monoalénylés et d'un caoutchouc naturel ou synthétique,
par exemple les copolymères de styrène avec 2 à 15% en poids d'un copolymère caoutchouteux synthétique de butadiène et de styrène.
Le procédé décrit est particulièrement utilisa- ble pour fabriquer des granules moussants de compositions comprenant une résine aromatique alkényle thermoplastique dans laquelle est incorporée une faible proportion d'un composé organique volatil. De telles compositions sont constituées essentiellement par la résine aromatique alké-
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nyle dans laquelle est incorporée d'une manière uniforme une proportion de 0,05 à 0,3 molécule-gramme d'un composa organique volatil, tel qu'un hydrocarbure aliphatique satu- ré ou un perchlorofluorure de carbone ayant un poids mo léculaire d'au soins 58 et un point d'ébullition inférieur à 95 C., pour 100 g de polymère, incorporés d'une manière homogène, compositions qui sont normalement solides aux températures et pressions ordinaires.
Comme exemples de composés organiques volatils pouvant être convenablement incoporés sous pression dans les résines aromatiques al- kénymes pour former des compositions avec lesquelles on peut fabriquer des perles ou granules par le procédé de l'invention, on peut citer des hydrocarbures aliphatiques saturés, tels que le butane, le pentane, l'isopentane, le néopentane, l'hexane, l'heptane ou des perchlorofluorures de carbone aliphatiques ou cycliques saturés. Par exemple, on peut utiliser les perchlorofluorures suivants :
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On peut aussi utiliser des mélanges quelconques de deux ou plusieurs de ces composés organiques volatils .
Il est important que la matière plastique ex- trudée dans des orifices de sortie soit en quantité suffi- sante pour remplir entièrement ou sensiblement la partie
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de plus petite section de ces orifices avant d'être cou- pée en fragments de manière à obtenir des granules de di- nension uniforme ou sensiblement uniforme.
Cela peut être obtenu en donnant aux orifices de sortie la forme de trous ronds de diamètre inférieur ou égal à la largeur des fenres ou conduits étroits de l'organe coupant de la filière, ou en faisant tourner cet organe coupant à une vitesse inférieure de façon à donner plus de temps à la matière plastique pour passer dans les fentes et pénétrer dans les orifices de sortie de l'organe de décharge.
EXEMPLE 1.-
Du polystyrène, ayant une caractéristique de vis- cosité de 15 centipoises (déterminée pour une solution à 30% du polystyrène dans le toluène à 25 C), un poids moléculaire d'environ 23.000, déterminé par la dispersion de la lumière, et une température de transition de second ordre de 45 C, est introduit dans une boudineuse de matière plastique de 7,6 cm de diamètre nominal ayant un cylindre et une vis d'alimentation de 1,20 m de long et équipée d'une filière d'extrusjon comprenant un organe coupant 13 et un organe de décharge 14 ayant les dimensions indiquées plus haut. Le polystyrène est introduit dans la boudineuse à raisorde 18,1 kg à l'heure et chauffé dans la boudineu- se jusqu'à son point de fusion.
La vis tourne à.une vitesse de 61 tours par minute et fait pénétrer le polystyrène fondu dans les passages étroits, c'est-à-dire les fentes périphériques larges de 0,889 mm de l'organe coupant. On maintient continuellement sur le polystyrène plastifié par la chaleur une pression effective de 42,2 kg/cm2 à une température de 116 C. De l'eau à une température de 109 C et sous une pression effective de 14,1 kg/cm2 est intro- duite par l'entrée 23 de l'organe de décharge 14 à rai- son de 159 kg/h.
Le polystyrène plastifié par la chaleur
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est forcé d'une manière intermittente dans les orifices de sortie et coupé en segments tandis que l'eau pénèbce zl alternance dans ces orifices derrière les segments de matière plastique, de sorte que le polystyrène et l'eau sont déchargés dans l'atmosphère par les orifices de sortie de la manière décrite précédemment. Le produit est recuilli dans un appareil à cyclone. On sépare le polystyrène de l'eau et on le sèche. On obtient des granules de dimen- sion sensiblement uniforme.
Si lton soumet un échantillon représentatif des granules de polystyrène à une analyse granulométrique, on trouve la composition suivante :
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<tb> Tamis <SEP> américain <SEP> standard <SEP> pourcentage <SEP> de <SEP> grains <SEP> en
<tb>
<tb> Mailles <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> (environ <SEP> 47 <SEP> par <SEP> 10 <SEP> cm) <SEP> 3,5
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> " <SEP> 63 <SEP> tt <SEP> " <SEP> " <SEP> 73, <SEP> 9 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 18 <SEP> " <SEP> 70 <SEP> " <SEP> n <SEP> n <SEP> 22,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100
<tb>
On recommence Inexpérience, mais en introdui- sant de l'azote dans l'entrée 23 de l'organe de décharge 13 sous une pression de 24,3 kg/cm2 pour éjecter et re- froidir les globules de polystyrène.
Le produit obtenu est constitué par des perles de grosseur sensiblement uniforme.
EXEMPLE 2 . -
On fait passer à travers la filière d'extrusion, d'une manière semblable à celle décrite dans l'exemple 1, une composition constituée par 94% en poids de polystyrène ayant une caractéristique de viscosité de 27 centipoises, déterminée pour une solution à 10% en poids du polystyrène dans le toluène à 25 C, et 6% en poids de n-pentane. On fait tourner la vis de la boudineuse à une vitesse de 80 tours par minute. On chauffe la composition et on la main- tient continuellement sous une pression de 89,6 kg/cm2 effectifs à une température de 145 C, et on l'extrude à
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raison de 18,1 kg/h. On introduit de l'eau à une températu- re de 151 C et sous une pression de 17,6 kg/cm2 dans l'entrée de l'organe de décharge à raison de 306 kg/h.
La composition est déchargée dans l'atmosphère. On recueille le produit et on le sèche. La composition est obtenue sous forme de petites perles uniformes contenant 5,7% en poids de n-pentane et ayant une densité apparente de 576 g par litre. Les perles ont la composition granulométrique sui- vante :
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<tb> Tamis <SEP> américain <SEP> standard <SEP> Pourcentage <SEP> de <SEP> grains <SEP> en
<tb> ¯¯¯¯Mailles¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> poids
<tb>
<tb> 12 <SEP> 1,4
<tb>
<tb> 16 <SEP> 96,8
<tb>
<tb> 18 <SEP> 1,8
<tb>
<tb> 100,0
<tb>
Si l'on chauffe les perles dans l'eau à 100 c, elles moussent en donnant une masse cellulaire ayant une densité apparente de 12,8 g par litre.
EXEMPLE 3.-
On introduit du polyéthylène ayant un indice de fusion égal à 2, à raison de 13,6 kg/h, dans la bou- dineuse de matière plastique de 7,6 cm équipée de la filiè- re d'extrusion décrite précédemment, et on l'extrude d'une manière semblable à celle décrite dans l'exemple 1. On fait tourner la vis à 80 tours par minute et l'on main- tient le polyéthylène ramolli par la chaleur sous une pression continuelle de 109 à 120 kg/cm2 à une températu- re comprise entre 186 et 182 C dans le cylindre de la bou- dineuse juste en amont de l'organe coupant la filière.
On introduit dans l'entrée de l'organe de décharge de l'eau à des températures comprises entre 159 et 165 C et sous une pression effective de 17,6 kg/cm2 à raison de 227 kg/h. Le polyéthylène et l'eau sont déchargés d'une
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manière intermittente dans l'atmosphère lorsque la vis et l'organe coupant de filière tournent. On recueille le produit et on le sèche. On obtient de petites perles uni- formes de polyéthylène ayant une densité apparente de 479 g par litre.
Les perles ont la composition granulomé- trique suivante :
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<tb> Tamis <SEP> américain <SEP> standard <SEP> Pourcentage <SEP> de <SEP> grains
<tb> Mailles <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> 12 <SEP> 86
<tb>
<tb> 16 <SEP> 13,5
<tb>
<tb> 18 <SEP> 0,5
<tb>
<tb> 100,0
<tb>
EXEMPLE 4.- On maintient dans le cylindre de la boudineuse à une température de 120 C sous une pression continuelle de 95 kg/cm2 effectifs juste en amont du point d'extrusion une composition constituée par 81% en poids de polyéthy- lène ayant un indice de fusion de 2 à 19% de dichlorotétra- fluoroéthane. On fait tourner la vis à 80 tours par minu- te. La composition est extrudée à un débit d'environ 16,3 kg/h.
On introduit de l'eau à des températures comprises entre 154 et 159*C et sous une pression effective de 17,6 kg/cm2 à raison de 227 kg/h dans l'entrée de l'organe de décharge. La composition et l'eau sont déchargées d'une manière intermittente dans l'atmosphère lorsque l'organe coupant de filière tourne. On recueille le produit et on le sèche. On obtient des perles ayant partiellement moussé et dont la densité apparente est de 112 g par litre. On remplib de ces perles un moule poreux et on les chauffe dans l'eau à 100 C pendant? une minute, puis on refroidit.
Les perles moussent et s'agglomèrent de façon à donner une masse cellulaire ayant la forme du moule. La composition granulométrique des perles sortant de l'extrudeur est la
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suivante :
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<tb> Tamis <SEP> américain, <SEP> standard <SEP> Pourcentage <SEP> de <SEP> grains
<tb> ¯¯¯¯¯Maillas¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> 5 <SEP> 75
<tb>
<tb> 10 <SEP> 25
<tb>
<tb> 100
<tb>
EXEMPLE 5.-
Cn introduit à raison de 13,6 kg/h dans la bou- dineuse de 7,6 cm et l'on extrude d'une manière semblable à celle décrite dans l'exemple 1 une composition consti-
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tuée par 75% en poids dtétizy1ce11ulose et 25 en poids d'éther 3 3-ttraéth lbut 1 ^ l' a corczte plastifiant.
On fait tourner la vis et l'organe coupant à la vitesse de 104 tours par minute. On maintient la com- position ramollie par la chaleur sous une pression con- tinuelle de 84,4 kg/cm2 effectifs et à une température d'environ 156 Cdans le cylindre de la boudineuse juste en amont de l'organe coupant. On introduit dans l'entrée de l'organe de décharge de l'eau à des températures de 159 à 161 C et sous une pression effective de 17,6 kg/cm2 à raison de 227 kg/h. La composition et l'eau sont déchar- gées d'une manière intermittente dans l'atmosphère. On recueille le produit et on le sèche. On obtient des per- les s'écoulant librement et ayant une densité apparente de 577 g par litre.
Les revendications qui vont suivre et qui ne présentent aucun caractère limitafifs, ont simplement pour but d'énoncer un certain nombre de particularités prin- cipales et secondaires de l'invention, ces particularités pouvant être prises isolément ou en toutes combinaisons possibles.