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Formage des matières plastiques sous pression de gaz .
La présente invention a pour objet un procède de formage des matières thermoplastiques,.et en particulier un procède pour donner de façon continue à une matière thermoplastique tubulaire @ une section transversale plus grande que la section primitive,, au moyen d'une pression de gaz.
Antérieurement, pour étirer une matière thermoplastique tubulaire faite de substances polymères, on l'enfilait sur des mandrins de diamètre progressivement croissant ou bien on dila- tait le tube en introduisant un fluide sous pression à l'inté- rieur de la matière pour l'étirer ainsi radialement vers l'exté- rieur. L'étirage mécanique a des inconvénients parce que la matière, est mise en contact avec le mandrin, et que sur la surface est ainsi abîmée, particulièrement quand la matière polymère est à
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l'état ramolli cornue c'est souvent le cas.
De même, il est néces- saire d'appliquer une force assez grande pour enfiler la matière tubulaire sur le mandrin de dilatation, et cela est nuisible à la texture tout en étant gênant parce qu'il faut un matériel lourd et coûteux. Il est possible de dilater des tubes vers l'extérieur en direction radiale au moyen d'une pression de gaz apli- quée intérieurement ; mais on rencontre des difficultés -cour soutenir le film de l'extérieur et cela introduit un manoue de contrôle dans le processus.
On a fait récemment des tentatives pour utiliser une pression de gaz différentielle sur les côtés opposés d'une matière tubulaire en cours de moulage, et un exemple est décrit dans le brevet américain n 2. 519.375 du 22 août 1950 mais le contact de surface avec une section extérieure cylindrique de refroidissement est maintenu, et l'application d'une pression de gaz de l'extérieur est limitée au seul but d'empêcher le contact pendant le court intervalle où le polymère fondu s'échappe de la matrice sn- nulaire, et avant qu'il ne soit suffisamment durci pour permettre son contact avec le moule, de sorte qu'il n'y a pratiquement pas d'étirage pour accroître la section.
L'un des buts principaux de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil de formage des matières thermoplastiques sous pression de gaz, pouvant servir à étirer une matière tubulaire en lui donnant une section plus grande qu'à l'entrée. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil de formage des matières polymères thermoplastiques sous pression de gaz, supprimant tout contact entre la matière tubulaire en cours de traitement et les surfaces solides de l'appareil utilisé.
D'autres buts de la présente invention sont notamment de fournir un appareil destiné à augmenter continuellement la section d'une matière polymère thermoplastique tubulaire facile à fabriquer en diverses grandeurs et en diverses formes convenant àla production commerciale, le dit appareil ayant une construction qui permet de maintenir une température
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très précise et très uniforme à l'intérieur de ses sections adjacentes et cet appareil ayant un faible prix de revient à l'achat et à l'entretien.
La façon dont on atteint ces buts ainsi que d'autres buts de la présente invention est exposée dans la description détaillée et représentée sur le dessin ci-joint, sur lequel : - la figure 1 est une vue partielle schématique en coupe longitudinale d'une forme de réalisation préférentielle d'un appareil suivant la présente invention pouvant servir à étirer une matière polymère thermoplastique tubulaire tout en lui gardant une section circulaire, par l'application d'une pression de gaz uniquement de l'intérieur de la matière ;
- la figure 2 est une vue partielle schématique en cou:-e longitudinale d'une autre forme de réalisation de l'appareil dans laquelle on étire une matière polymère thermoplastique tubulaire en lui gardant une section circulaire, par Inapplication d'une pression de gaz de l'intérieur, tout en appliauant en même temps extérieurement une pression de gaz d'équilibrage, et - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une forme de réalisation d'une section d'étirage suivant la présente invention, pouvant fabriauer un produit de section allongée à partir d'une matière première thermoplastique de section circulaire, le produit en cours de traitement étant représenté en trait interrompu .
De façon générale, on atteint les buts de la présente invention en faisant avancer progressivement la matière polymère thermoplastique tubulaire en cours de traitement, depuis une région de section limite initiale jusqu'à une région de section limite finale, tout en appliquant contre la surface de le. matière un gaz à une pression suratmosphérique suffisante pour Maintenir la matière hors du contact des surfaces solides qui définissent les régions limites, et en maintenant la température de la matière aux niveaux nécessaires pour donnerà la matière thermoplas- tique la forme finale désirée.
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Si l'on considère la figure 1, un appareil préférentiel destiné à étirer une matière thermoplastique tubulaire 16 tout en lui conservant une section circulaire, est constitué par un gabarit en métal fritté duquel un gaz est envoyé vers l'extérieur
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en direction de la matière thermoplastique ; l'appareil 'rs.-e un axe longitudinal disposé verticalement, et il est constitué par trois portions alignées bout à bout.
La première portion 10, qui reçoit la matière thermoplastique fondue sortant de la matrice annulaire 11, est de forme cylindrique et son extrémité infe-
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rieure rejoint le petit bout d'une portion d'étirage tronçonicue 12 dont le gros bout rejoint lui-même une extrémité d'une deuxième . portion cylindrique 14 de diamètre voisin du diamètre intérieur
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final que 1-'un désire donner au produit therE'o'"\lastioue. Etant ' donn' que la matière tubulaire progresse de la portion 10 par la
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nortion 12 jusau'à la portion 14 pour sortir ensuite de l'a.-areil, les points de transition d'une portion à la nortion voisine doivent être doux et graduels.
Si on le désire, plusieurs portions peuvent faire corps ensemble comme on l'a représenta ; toutefois, au point de vue de la facilité de fabrication et aussi pour le
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aintien indépendant de la température dans une portion donnée, et pour faciliter le réglage de l'interstice entre la matière et le gabarit, il peut être préférable de fabriquer les portions sous forme d'unités séparées, et d'isoler les Doints de jonction afin de réduire au minimum le transfert de chaleur ar conduction d'une section à l'autre.
L'application d'une pression de gaz suivait la présente
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invention a lieu sur toute la surface de l' 2"2reil et par suite, on fabrique les portions 10, 12 et 14 en une matière perméable aux gaz qui est de préférence -iétallique, ar exe,'1Dl'" un 7étal fritté tel que le bronze, etc.. Dans un a-onprei-1- typique, les parois des portions sont fabriquées en bronze fritte de 12,7 mm d'épaisseur ayant une porosité d'environ 27% sur la base volu-
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aétrioue, ce aui permet de faire passer environ 1,5 '''i3/inn d'air Der tre carré de surface métallir%ue, avec une chute de nres-
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sion de 0,35 kg/cm2 à la traversée du métal.
Au lieu d',:n ,pt21 fritté, on peut utiliser d'autres structures ,)er:;12bléS aux r=.:, par exemple des agrégats de petites billes nétalliaues avant la grosseur d'un petit plomb de chasse, soudées ou brisées ense-,'h!P nar points de manière à forcer des passages d'air contirus relativement uniformes par leur dimension aussi bien que ??r leur èi;-t"'r1Jtion. Des 0'2n"',ues de fil Métallique fritte sous des for"=-s vr- ps sont satisfaisantes ainsi aue des assemblages nerliearles '-'étalcéramique caractérisés par des conductivits s t':err.1i,:ues voisins
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de celles des métaux.
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Dans une installation conçue pour d'¯1¯ter un tàrA-ht>1>te de polyéthylène depuis un diamètre intérieur d'environ 35 c, usqu'à un diamètre intérieur final d'environ 106 cài, les lon,uo1lrs relatives des différentes portions, expri-ées nar ranrort au diamètre intérieur de la 1:a tir.,re rre:ière à l' entrée 'mesurée le long de l'axe longitudinal du gabarit, sont dans des r2orts de 2:5:4 dans l'ordre des Dortions 10, 12 et 14. Dans cette oor.:tion.s¯1 est nécessaire de refroidir d'abord à une température d'étirs-e d'environ 90 C le polY-1 re fondu éjecté de li matrice Il à une tePlp";rature d'environ 288 C, et on y parvient en refroidissant intérieure'ont la portion 10 avec un serpentin de refroidis-:e^:ent hélicoïdal 18 soudé en contact intime avec la surface intérieure de lé' portion 10.
Il faut conduire la dilatation sur un filn J'lall!e.bl a-Li est encore chaud mais relxtlvenent solide et se supportant 1ui-:ê:.e
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et on y parvient en refroidissant la Dortion 12 avec un sernentin
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hélicoïdal 19 "=ont4 p'r s de la paroi intérieure de la Dortion 12
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et soudé à celle-ci. Enfin, il est nécessaire de durcir la matière
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t?ermosplatiçue en élevant la température à environ 205 C, puis en refroidissant à 38 C en effectuant le chauffage au wen du ser- -entin hélicoïdal 20 monté à 7¯'arri re de la première moitié de la portion 14, et le refroidissement au moyen du serpentin 21 onté ; l'arriére de la paroi postérieure de la deuxième moitié de la portion 14.
1 Pour l'appareil d'étirage de tubes en téréphtplate de
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;olyéthyrlène que l'on vient de décrire, on utilise o :'..'e raz sous pression, de l'air qui est introduit à l'intérieur nr brit trois portions par la conduite d'alimentation 24. On 'le.ntpj'lt une pression de 0,35 .g/c:i?2 au T!1ano,ètre à l'intérieur du gabarit const;.tué par les portions 10, 12 et 14, et l'échappenent ar les extr- riités est empêché par des fermetures encastrées 25 dans lp inzut et 26 dans le bas.
Dans ces conditions, l'air s'échappe unifor"'ë- (lent à travers le métal poreux vers les surfaces extérieures du gabarit , et écarte la matière tubulaire 16 des surfaces =4talliq.ies, tout en la naintenant assez nroche de celle-ci tour au'il reste, entre la matière thernioplastique et le gabarit, ure trs ince couche de gaz d'une édaisseur inférieure ? c 0,25 :11 environ, ce cui
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permet un transfert de chaleur rapide et uniforme de la surface du gabarit à la matière tubulaire en cours de traitement. Dans
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1a de:?nâe de brevet français du 6 juin 1958 ce 1,- c:e e :GereS2E, Dour "Proc4dé et appareil de transfert ther.icue", on àF-c#.ft nciale.-ent le transfert de chaleur par l'inter=d2ire de! iCES fi-1-ms gazeux maintenus DFr des rwtiéres per{.{ables EUX ;*es.
L'rction de soutien du ga.z qui s'échappe Dpr les interstices extérieurs du gabarit est telle eu'en aucun point 1^ :n8.ti9re ne touche le -létal de la structure, et eu'en consnuence le rf)til.1it ne s'?bî"e
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pas ou ne se ride pas.
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On fait avancer lé .s tiùre tubulaire sur le 2bart u .0.1 e n d'un jeu de cylindres de traction 30 situés au-delà du gb'rit en un point dégagé des conduites d'amenée de linuiàe régulateur de température qui, dans le cas cas Drésent, sont reliées e.n gaba-
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rit à travers la fermeture de fond 26. La force nécessaire pour
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déplacer la matière à travers l'appareil dépend évidement du degré d'étirage mis en jeu et aussi de l'épaisseur de la ::at?re l'entrée, une force d'environ 18 1=g étant nécessaire pour étirer d'un diamètre de 35 c. à un dianetre de 106 c:.i un tube de téréphtalate de polyéthylène de 0,06 "';1 d'épaisseur à une t -: r tvre de
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90 C.
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L'appareil décrit ci-dessus possède d'importants &va;,tçes en co:ibi-nant un excellent transfert de chaleur avec un soutien
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physique du produit hors du contact des surfaces da abarit. De nombreuses matières polymères dégagent de la cha eur @@and on les étire et deviennent par suite plus faibles, et dor-c sujettes àun étirage excessif dans les régions les plus minces, relative ent à l'étirage qui a lieu dans les régions les plus émisses, ce cui donnelieu à un défaut de régularité de calibre, sauf si l'on dis- sipe la chaleur libérée.
L'appareil de la présente invention est très efficace pour maintenir leproduit poly ère à une te-nérature pratiquement équilibrée dans la totalité d'une zone précise, et il améliore notablement la régularisation du calibre.
On prévoit de préférence une conduite de decharge de pres- sion d'air 27,pour décharger l'intérieur de l'entrée de la ma- tière première tubulaire afin d'empêcher l'air emprisonné de faire ballonner celle-ci en ce point où la matière thermoplastique est relativement molle et faible. L'appareil de la figure 1 est destiné à fabriquer des feuilles planes comme produit final, et des couteaux fendeurs 28 et 29 sont prévus sur des cotes opposés du tube sortant du gabarit , là où la matière thermoplastique est frotte et solide, pour couper le tube en deux feuilles plates. Ensuite, on enroule les feuilles obtenues sur des rouleaux (non représentés)de façon courante non décrite ici.
Le gabarit 12 représenté sur la figure 1 présente une sec- tion circulaire, bien que la présente invention ne soitpas limitée à des appareils de telle ou telle section particulière. Ainsi, la figure 3 représente, en coupe, une portion d'étirage 31 qui a une forme à peu près elliptique propre à recevoir une matière ex- trudée en section circulaire et à l'étirer ensuite en lui donnant non seulement une surface intérieure plus grande, mais encore une configuration différente, comme celleindiquée en trait interrompu en 32.
Il est entendu que la région de transition entre une por- tion d'entrée de section circulaire telle que 10 sur le figure 1 et la rortion d'étirage 31 doit présenter, relativement à 10, la forme voulue pour communiquer à la matière un étirage et un chan- geent de forme graduels et progressifs et bien entendu, la portion qui reçoit la matière sortante, et qui correspond à 14
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sur la figure 1, aura la :n.ê:,-:8 section que 31.
Si le ;rr/,=#z c doit pas être fendu lon;i t,idinaleillen t, nais au csn tn 1.:'e il doit être vendu conne tube de section non circulaire, les c-d:..¯t:s d'a:nenée du liquide régulateur de température seront r2c'2ord'(;s par le haut à travers la fermeture 25, et tout l'a:c."'re:1. sern s-.1-1- porté par les conduites d'alimentation cu par la monture de la filière d'extrusion, de sorte que les cylindres de traction retire-
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ront le produit de l'appareil sous for ne de tube continu.
L'appareil de la Fig.2, dont les éléments ont une section circulaire, est destiné -'-- étirer ??n tube ther:!1o)lastiql1e ::12 s le sens dia-iétral, grâce à une pression de gaz astiquée à 1 fois de l'intérieur et de l'extérieur. Dans cette disposition, les ortiotis correspondant t a'E différentes oortions de l' 2.0.00.re:.2. de la Fig.l sont désignées par les mêmes chiffres de référence, .rais affectés de la lettre A. Ainsi, les différentes portions du gaba-
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ri t sont appelées 10h, 12A, et 14A et les serpentins de r7 Lntien de tepér2ture correspondants sont appelés respectivement ?3A, 19A 20A et 21A. Le polymère thermoplastique fondu est amené -, l'intérieur du gabarit à travers la matrice annulaire 11.
Pour permettre l'arrivée d'air en sens inverse relati'vEtlCl1 t-à l'appareil de la Fig.l, le gabarit est enfermé à l'intérieur d'une enveloppe hermétique 34, qui est fixée à la face inférieure de la matrice 11 par des vis 35. L'air est amené à l'enveloppe 34 Par la conduite 36, la pression maintenue à l'intérieur de l'enveloppe étant d'environ 0,35 kg/cmg au manomètre. L'air s'échappe par les interstices du gabarit et se rassemble sous forme d'un film mince sur la surface intérieure de celui-ci, écartant ainsi la matière tubulaire 37 hors du contact des surfaces métalliques du gabarit.
Dans l'appareil de la Fig.2, la pression d'air est fournie à l'intérieur de la matière pour la dilater en l'amenant à épouser de façon générale l'intérieur du gabarit, l'air-étant amené par la conduite 38 qui s'ouvre à 1'intérieur du filai tubulaire formé, et la pression étant Maintenue à environ 0,035 kg/c:n2 au manomètre. Pour confiner l'air sous pression à l'intérieur de la matière,, le produit est de nré-
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férence pressé entre des rouleaux de pincement 39, qui peuvent en outre servir de cylindres de traction pour faire avancer leproduit sur l'appareil, et qui sont disposés assez loin sur la lime de déplacement du tube pour ne pas gêner la dilatation complète de la matière thermoplastique à l'intérieur du gabarit.
On peut à nouveau fendre le produit en deux feuilles planes au moyen de couteaux fendeurs, 28 et 29, situés au-delà des rouleaux de pincement 39, et on peut enrouler les feuilles sur des rouleaux d'entraînement ordinaires non renrésentés.
La forme de réalisation d'appareil représentée sur la Fig.2 présente l'avantage de nécessiter une traction légèrent réduite pour faire passer la matière à travers l'appareil et par suite on peut étirer avec succès des matières thermoplastiques qui ont des solidités moindres à température élevée. En outre, le démarrage est relativement plus facile avec l'appareil de la Fig.2.
Par contre, l'appareil de la. Fig.l a une construction plus simple, et par suite il est de construction moins coûteuse. De plus, le modèle d'appareil représenté sur la Fig.l convient pour convertir une matière de section circulaire en une large variété de sections non circulaires, et il est donc utile à ce point de vue.
On comprendra que les formes décrites ci-dessus peuvent, suivant les circonstances, présenter un nombre de portions individuelles supérieur ou inférieur à celui des Figs. 1 et 2, et oue les portions peuvent aussi être munies d'une large variété de serpentins régulateurs de température, afin de faire varier les caractéristiques de la matière thermoplastique traitée pour permettre de l'étirer facilement à la forme désirée et de la stabiliser. Parfois, il est désirable d'utiliser des pressions d'air différentes au sein des portions individuelles du gabarit, et on peut y parvenir en amenant indépendamment de l'air aux différentes portions que l'on isole alors bien entendu l'une de l'autre par des cloisons transversales à l'intérieur du gabarit.
D'après ce qui précède, l'homme de l'art verra que la présente invention est susceptible de modification relativement larges
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qui ne s'écarteront pas pour cela de l'esprit essentiel de l'invention.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour donner une section élargie a un tube de polymère thermoplastique en le faisant passer sur ou à trrv-rs un gabarit de diamètre plus grand à une extrémité au'3. l'autre, à une température à laquelle le polynère est suffisamment ramolli pour permettre sa déformation permanente par étirage, caractérisé en ce que le tube est maintenu hors de contact du gabarit par une couche de gaz sous pression forcée par le passade de gaz à travers des pores répartis pratiquement sur tout le gabarit.