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PROCEDE ET APPAREIL POUR EXTRUDER DES MATIERES PLASTIQUES "
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La présente invention est relative à des procédés et à un appareil pour extruder des composés plastiques et plus particulièrement à un appareil d 'extrusion ayant une chambre d'outils commune capable d'extruder plusieurs revêtements de composés plastiques simultanément sur un noyau commun.
Dans l'industrie des communications, beaucoup de fils ruraux et urbains utilisés pour la transmission de messages té- léphoniques à partir de câbles de distribution vers des abonnés au téléphone ruraux et urbrans sont formés en toronant des paires torsadées de conducteurs de cuivre gainés, entourant un fil support central isolé au polyéthylène. Chacun des con- ducteurs de cuivre est couvert d'une gaine composite qui comprend une couche intérieure de polyéthylène noir, résistant aux intempéries et une couche extérieure ou chemise, colorée, relativement tenace, résistant aux intempéries, en chlorure de polyvinyle.
Dans le passé, les conducteurs individuels des fils ruraux et urbains étaient isolés dans deux extrudeurs sépa- rés et distincts; cependantlorsque l'on utilise ce procédé d'isolement, il est nécessaire de procéder à un contrôle très serré du diamètre de la couche de polyéthylène pour diminuer les difficultés dans les opérations de gainage subséquentes.
En outre, lorsque l'isolement est formé en deux opérations sé- parées, on produit plus de déchets dt il faut davantage de surveillance, de travaux extraordinaires, de place d'installa- tion et d'équipement supplémentaires, que lorsque l'on met en place les deux couches d'isolement sur le conducteur en une seule opération ; parsuite, il est désirable d'isoler les conducteurs en appliquant à la fois en une même opération
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la gaine isolante intérieure et le chemisage extérieur. Pour vaincre ces cinconvénients et pour réduire le coût d'isolement des conducteurs de cuivre isolés par plusieurs couches, on a étudié des appareils d'extrusion pour permettre l'application des deux revêtements isolants simultanément à un même conduc- teur dans un ensemble à outils commun dans une même tête d'extrusion.
Dans l'art de l'extrusion, qui se perfectionne chaque jour,on peut obtenir des vitesses d'extrusion de plus en plus grandes qui font apparaître d'autant plus la difficulté tou- jours existante d'assurer la concentricité de la gaine isolante par rapport au noyau central. L'une des causes communes de l'excentricité de la gaine plastique isolante par rapport au noyau conducteur , et qui cause aussi une usure excessive du tube du noyau et des autres instruments d'extrusion est le défaut d'alignement de la tête d'extrusion par rapport au trajet normal de déplacement du noyau conducteur , de la réserve qui le fournit à son point de récupération.
Si la tête d'extrusion est libre de sedéplacer en conséquence de la dilatation thermique de l'équipement d'extrusion ou si elle est libre de tourner par rapport à u trajet de déplacement prédéterminé du conducteur pendant le fonctionnement de l'extrudeur, l'axe de la tête d'extrusion variera pendant cette opération par rapport au trajet normal de déplacement du noyau conducteur à travers l'extrudeur,. Cette variation affecetra le centrage du noyau dans la gaine extrudée et pro- voquera une usure excessive du noyau et des outils d'ex- trusion. Par suite, il est extrêmement désirable d'empêcher un mauvais alignement de la tête d'extrusion par rapport au trajet normal de déplacement du noyau conducteur à travers l'extrudeur.
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Une autre difficulté que l'on peut éprouver dans les procédés d'extrusion de ce genre est une tendance de certaines particules de composés plastiques particuliers tels que le polyéthylène à adhérer à l'extrémité de sortie des matrices dont sort le composé particulier pendant un processus d'ex- trusion. Les particules ainsi déposées sur la matrice se prennent ordinairement en masses relativement grandes qui finalement se détachent de l'extrémité de la matrice et qui gênent la production de revêtements et de chemises uniformément isolés appliqués par l'extrudeur. Cet effet est appelé bavure dans la technique de l'extrusion et le composé plastique qui se trouve déposé de cette façon est également appelé une bavure.
Cette bavure est indésirable parce qu'elle diminue la qualité du revêtement extrudé et qu'elle est nuisible aux propriétés électriques du conducteur isolé.
Un autre problème à résoudre encore est le moyen de s'opposer à la tendance des enveloppes à devenir lâches lorsque l'on utilise certains types de composés plastiques.
A cause de la différence de dilatation thermique du chlorure de polyvinyle et du composé polyéthylène , des précautions doivent être prises dans les processus d'extrusion, pour dimi- nuer le degré de relâchement de la chemise extérieure de chlo rure de polyvinyle autour de la gaine intérieure de polyéthy- lène. Des précautions doivent être prises aussi pour empocher qu'une chaleur excessive soit transmise d'une partie de Happa reil à une autre.
Pour venir à bout de ces difficultés, et d'autres parti- cularités indésirables, un objet de la présente invention est de procurer des procédés et un appareil perfectionnés pour extruder des articles en couches superposées de deux composés plastiques différents, simultanément, avec deux extrudenrs différents ayant une tête d'extrusion commune et/ou un outil extrudeur commun.
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Un autre objet encore de la présente invention est de procurer des procédés et des appareils nouveaux et perfec- gionnés pour extruder simultanément deux revêtements de com- posés plastiques différents sur un noyau d'une longueur indé- finie.
Un autre objet de la présente invention est de procurer des moyens nouveaux et perfectionnés de montage d'un appareil d'extrusion en sorte de compenser la dilatation et la contrac- tion thermiques de l'appareil pendant son fonctionnement.
Un autre objet encore de la présente invention est de procurer des procédés et appareils nouveaux et perfectionnés pour empêcher les effets fâcheux ,de bavure dans des procédés dans lesquels deux revêtements de composés plastiques sont extrudés ensemble en diminuant la masse des particules quel- conques de bavure qui peuvent se former pendant un processus d'extrusion et pour diminuer le caractère relâché d'une chemise extérieure formée en même temps qu'une gaine intérieure sur un noyau conducteur.
Un appareil d'extrusion comprenant certaines particulari tés de la présente invention peut comprendre un cylindre d'ex- trusion ayant une chambre à outils commune fixée de façon rigide à son extrémité de décharge. Un ou plusieurs cylindres d'extrusion qui sont montés de façon mobile à l'entrée ou aux extrémités coté trémie des cylindres ont leurs extrémités de délivrance fixées à la chambre d'outils commune et communi- quant avec un passage d'extrusion qui y existe. La chambre à outils est utilisée pour placer deux ou plusieurs couches de composés plastiques de types différents , simultanément sur un noyau commun.
La masee de particules quelconques de bavures du composé plastique qui forme la couche intérieure de composé plastique sur le noyau peut être diminuée suivant certains principes de la présente invention en faisant que la matière plastique
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qui forme la couche extérieure de composé plastique balaie toutes les particules de bavure qui peuvent tendre à se former à l'extrémité dTune matrice d'extrusion utilisée pour former la couche intérieure de composé plastique depuis l'extrémité de la matrice.
La vitesse d'écoulement du composé plastique qui forme la couche extérieure de composé sur le noyau près de l'extrémité de la matrice utilisée pour former la couche intérieure peut être augmentée en maintenant la partie terminale de la matrice à une température plus élevée que la température normale du composé plastique qui s'écoule à travers la matrice , pour faire que la partie en question du composé plastique soit plus fluide que la partie du composé proche de la matrice, qui est utilisée pour former la chemise extérieure.
D'autres objets et particularités de la présente incen- tion se comprendront plus facilement d'après la description détaillée suivante de ses formes de réalisation spécifiques, considérée en association avec les dessins annexés dans les- quels :
Figure 1 est une vue en plan fragmentée d'un appareil d'extrusion comprenant certaines particularités de la présente invention avec des parties brisées pour la clarté.
Figure 2 est une vue en perspective fragmentée agrandie de l'appareil d'extrusion de la figure 1, avec des chemises thermiquement isolantes brisées, pour les cylin- dres d'extrusion de l'appareil, la brisure étant faite pour la clarté.
Figure 3 est une vue en élévation frontale ,fragmentée, agrandie d'une tête d'extrusion ordinaire de l'appareil des figures 1 et 2 et montrant une variante de forme de réalisation d'un socle pour porter la tête d'extrusion, avec des parties brisées pour la clarté.
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Figure 4 est une coupe agrandie de la tête d'extrusion de la figure 3 considérée sensiblement suivant la ligne 4-4 de celle-ci.
Figure 5 est une coupe agrandie, fragmentée d'une partie de la tête d'extrusion de la figure 1, faite suivant la ligne 5-5 de celle-ci, et
Figure 6 est une vue en coupe fragmentée , agrandie, dune partie de la tte d'extrusion de la figure 5, faite suivant la ligne 6-6 de cette dernière.
En se référant à présent aux dessins, on y voit une machine à extruder"à couches multiples" , du type en crosse, indiquée de façon générale par le chiffre 10. L'extrudeuse est concçue spécifiquement pour e xtruder des couches succes- sives de deux matières plastiques différentes sur un noyau ou toron conducteur du calibre 19, 11, pour former un conducteur isolé et chemisé pour un fil urbain ou rural indiqué defaçon générale par le chiffre 12, ayant une gaine isolante de poly- éthylène 14 de 0,50C mm , et une chemise 15 de chlorure de polyvinyle, de 0,254 mm. L'extrudeuse 10 comprend une tête d'extrusion commune, indiquée de façon générale par le chiffre
13 dans laquelle sont fixée à vis deux cylindres d'extrusion indiqués de façon générale par le chiffres 16 et 17.
Les axes longitudinaux des cylindres 16 et 17 sont contenus dans un plan horizontal commun et convergent vers leurs extrémités de décharge 18 et 19.
Les extrémités c8té entrée 22 et 23 de chacun ces cylindres d'extrusion 16 et 17 sont soutenues dans des enve- loppes séparées , convenablement refroidies , désignées par les chiffres 24 et 26 et contenant des transmissions réductrices de vitesse associées ( non montrées) qui sont reliées de façon active, de manière usuelle, à l'extrémité voisine des
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vis ordinaires associées 32-32 dont une seule est montrée.
De l'huile dans les enveloppes 24 et 26 est maintenue sensible- ment à une température prédéterminée par des serpentins refroi- disseurs placés dans un réservoir à huile ( non montré). Les bases 36 et 37 des enveloppes 24 et 26 sont montées à coulisse- ment sur des surfaces portantes 38-38 et 39-39 respectivement, formées d'une pièce avec des plaques portantes 40-40 et fixées à une base commune 41 par des moyens appropriés non montrés.
Une clavette 43 est formée sur chacune des plaques portantes 40-40 et fait saillie vers le haut à partir de cha- cune de ces plaques pour permettre un libre mouvement des enveloppes 24 et 26 , uniquement dans des directions parallèles aux axes des cylindres respectifs 16 et 17 .Des moteurs de commande principaux 46 et 47 sont fixés de façon rigide aux planchers et sont reliés aux ensembles de transmissions réductrices par des courroies en V 50-50 , des arbres secon- daires 51-51 et 52-52 et des a ccouplements 53-53 à tampons souples para-flex que l'on peut obtenir de la Dodge Manufac- turing Corporation, Mishawaka, Indiana.
Pour empocher un défaut d'alignement de la tête d'ex- trusion 13 en raison de la dilatation ou de la contraction thermique des cylindres 16 et 17, la tête d'extrusion 13 est soutenue par un socle de tête indiqué de façon générale par le chiffre 56. Le socle de tête 56 est fixé de façon ri- gide à l'embase commune 41 qui elle-même est fixée de façon rigide au plancher . La tête d'extrusion 13 peut être fixée de façon rigide àu socle de tête 56 , comme montté à la figure 2, par des moyens convenables tels que des boulons (non montrés).
Cependant, le socle de tête 56 est montré à la figure 3 comme étant muni d'une ouverture 57 conçue pour recevoir une saillie rectangulaire 58, pendant de la tête d'extrusion 13.
Une barrière d'isolant thermique 60 d'une matière relativement
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dure et de faible conductivité thermique , comme l'asbeste, est intercalée entre le socle de la tête 56 et la tête d'extrusion 13 ,et entre la saillie rectangulaire 68 et l'ou- verture 57 dans le socle 56. Avec cet agencement, la tête d'extrusion 13 est montée rigidement sur le plancher pour l'empêcher des* déplacer horizontalement. Cependant, le socle de tête 56 est libre de se dilater et de se contracter en di- rection verticale sous l'action d'une chaleur quelconque qui pourrait être conduite à travers la barrière isolante 60 pen- dant le fonctionnement de l'appareil d'extrusion 10.
Lorsque les cylindres d'extrusion 16 et 17 se dilatent en conséquence de l'augmentation de la température accrue pen dant le fonctionnement, la saillie rectangulaire 58 empêche- ra la tête d'extrusion 13 de se tordre et les extrémités d'en- trée 22 et 23 des cylindres 16 et 17 s'écarteront de la tête d'extrusion 13 sur les enveloppes 24 et 26 montées à cou- lissement . Semblablement, lorsque les cylindres d'extrusion 16 et 17 se refroidissent et se contractent , leurs extrémités d'entrée 22 et 23 se déplaceront vers la tête d'extrusion 13.
Dans tous les cas, la tête d'extrusion 13 est empêchée de faire un mouvement quelconque puisque la tête 13 sera maintenue en ligne verticale par le socle 56 et sera maintenue dans le plan horizontal par les enveloppes refroidies 24et 26 conte- nant les groupes d'engrenages réducteurs.
Chacun des cylindres d'extrusion 16 et 17 sont échauffés par des dispositifs chauffants électriques en bandes 59-59 ordinaires, commandés thermo-statiquement et ont un alésage allongé 61 formé dans un revêtement cylindrique 63 qui est fixé rigidement dans le cylindre associé 16 ou 17. Les ensem- bles réducteurs à engrenages sont reliés de façon active par des moyens ordinaires non montrés aux extrémités des vis à ma- tière 32-32 montées de manière à pouvoir tourner dans les
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garnitures 63-63 des cylindres d'extrusion 16 et 17 respecti- vement. Les vis à matière 32-32 sont refroidies à l'eau et sont conçues pour être mises en rotation par les moteurs fixes 46 et 47 respectivement par l'intermédiaire des accou- plements flexibles associés 53-53 et des ensembles réducteurs à engrenages.
Comme les accouplements 53-53 sont alignés lorsque les cylindres 16 et 17 de l'appareil d'extrusion 10 sont à température de fonctionnement qui diffère d'environ 55 C, il n-y a pas de vibrations fâcheuses des ensembles réduc- teurs dans les conditions de charge complète . Lorsque les cylindres 16 et 17 sont froids , un mauvais alignement des ar- bres 51 et 52 associés aux cylindre 17 dépasse 0,32 cm et le mauvais alignement des arbres 51 et 52 associés au cylindre 16 dépasse 0,39 cm; cependant, la vibration provoquée par le défaut d'alignement ainsi existant est négligeable.
Les vis à matière 32-32 sont mises en rotation pour faire avancer les composés plastiques convenables tels que le composé polyéthylène 68 et le composé chlorure de poly- vinyle 69 , à partir des trémies d'alimentation 72 et 73 respectivement, à proximité des extrémités d'entrée 22 et 23 des cylindres 16 et 17 en suivant les alésages d'extrusion 61 61 vers les extrémités de délivrance 18 et 19 des cylindres 16 et 17 pour entrer dans la tête commune 13 et la traverser.
Les vis à matière 32-32 travaillent et pétrissent les composés plastiques lorsque les composés respectifs 68 et 69 sont placés dans les cylindres d'extrusion 16 et 17 et y sont avancés par les vis 32-32 pour traverser les cylindres d'ex- trusion 16 et 17 sous l'action des uis 32-32 pour amener les composés plastiques 68 et 69 dans un état suffisamment fluide pour en réaliser l'extrusion douce et uniforme.
Les extrémités filetées extérieurement 75-75 ( dont une seule est montrée à la figure 4) de chacun des cylindres
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d'extrusion 16 et 17 sont vissées dans un passage principal à filets intérieurs dans la tête d'extrusion commune 13 qui est alignée axialement avec le cylindre d'extrusion asso- cié 16 ou 17. Une plaque briseuse perforée et à ouverture centrale 81 est montée de manière à pouvoir coulisser et tourner dans chacun des passages principaux 76-76 dans la tête 13 dans lesquels les extrémités de sortie 18 et 19 des cylindres d'extrusion 16 et 17 sont vissées.
Les plaques briseuses 81-81 sont munies de dépressions 82-82 et de tenons saillants vers l'intérieur, radialement, 83-83 qui permettent d'introuduire des grilles bombées 84-84 dans les plaques briseuses $1-$1 pendant l'assemblage de l'appareil d'extrusion 10. Les tenons 83-83 empêchent un enlèvement inintentionnel des grilles associées 84-84 lorsque les grilles 84-84 et les plaques briseuses 81-81 sont mises en place dans la tête d'extrusion 13.
Les plaques briseuses 81-81 sont symétriques par rapport aux axes longitudinaux des cylindres respectifs 16 et 17 et sont munies de parties en forme tronconique 86-86 près de leurs extrémités opposéeaux extrémités des vis à matière associées 32-32. Des écrous 87-87 de retenue des plaques briseuses , à filets extérieurs, sont vissés à l'intérieur de chacun des passages principaux 76-76 et près de leurs extrémités avant. Les écrous de retenue de la plaque briseuse , 87-87 , sont munis de supports 88-88 saillant vers l'intérieur , ayant des alésages filetés 89-89 prévus pour recevoir complémentairement des pitons centraux 90-90 à filets extérieure, faisant saillie sur les plaques briseuses 81-81.
Le pas des filets intérieurs et extérieurs des deux écrous de retenue 87-87 sont sensiblement identiques pour permettre l'enlèvement des écrous de retenue indépendamment des plaques briseuses associées 81-81 dans le cas où les
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plaques briseuse pourraient être accrochées ou bloquées dans les composés respectifs 68 et 69 pour une raison ou une autre.
Le support saillant 88 de chacun des écrous de retenue 87-87 des plaques briseuses vient en contact avec l'extré- mité de la partie tronconique 86 de la plaque briseuse 81 associée et coopère avec une surface inclinée 92 de la par- tie tronconique S6 pour former un passage annulaire 93 symé- triquement autour de l'axe du cylindre d'extrusion associé 16 ou 17. Cet agencement permet au composé 68 ou 69 de s'é- couler à travers la tête d'extrusion 13 quelle que soit l'orientation angulaire de ltécrou de retenue 87 et de la plaque briseuse 81 autour des axes du cylindre d'extrusion 16 ou 17. Les écrous de retenue 87-$7 sont également pourvus de bouchons de sécurité filetés extérieurement , 99-99 pour empêcher que les pressions plastiques excessives se forment dans les cylindres 16 et 17.
Une chambre d'outils commune est prévue dans la tête d'extrusion commune 13 par une partie saillante vers le haut 101 de cette tête située au milieu et à égale distance des passages principaux 76-76 dans lesquels les extrémités de décharge 18 et 19 des cylindres d'extrusion 16 et 17 sont fixées. La chambre à outils commune est formée d'un passage d'extrusion générale- ment cylindrique indiqué de façon générale par le chiffre 102 (figure 5), passant à travers la partie 101, saillante vers le haut, et la tête 13 , transversalement aux cylindres d'ex- trusion 16 et 17.
Le passage d'extrusion 102 est muni d'un alésage cylindrique 103 , taraudé , relativement court, formé entre ses extrémités, d'un contre-alésage cylindrique 104 de chaque coté du passage fileté 103 et d'un contre -alésage fi- leté 106 de chaque coté des deux contre-alésages 104-104.
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Une pièce introduite de retenue , durcie, ou trempée à filets extérieurs . indiquée de façon générale par le chif- fre 107 est vissée dans l'alésage taraudé 103 jusqu'à ce qu'une saillie périphérique 108 s'aligne avec un épaulement rétréci 109 formé entre l'alésage 103 et le contre-alésage voisin 104.
Au moins une partie de la pièce de retenue 107 est faite d'une matière thermiquement isolante 105 telle que le carbure de silicium ou d'autres matériaux de conductivité thermique relativement faible,convenables pour la construction. La partie de matière thermiquement isolante 105 est utilisée pour réduire la quantité de chaleur conduite des chambres d'égalisation de pression contenant le composé 68 de poly-
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éthylène,d-'relativement chaud vers la chambre d'égalisation de pression contenant le chlorure de polyvinyle plus froid 69 pour empêcher d'y produire la carbonisation du chlorure de polyvinyle 69.
La pièce de retenue trempée introduite 107 centre un élément unitaire qui forme une combinaison de tuber'noyau et matrice pour le polyéthylène, indiqué de façon générale par le chiffre 111 à l'intérieur du passage d'extrusion 102 et sert aussi à diviser le passage d'extrusion 102 en deux cham- bres d'égalisation de pression dans les contre-alésages 104-
104, un pour le polyéthylène 68 et l'autre pour le chlorure de polyvinyle 69. La pièce introduite trompée 107 peut être remplacée facilement en cas d'endommagement de ses surfaces opposées à la matière plastique. La pièce introduite trempée
107 permet aussi des changements assez considérables dans la forme de l'outil, si des composés plastiques nouveaux ou des types nouveaux de produits nécessitent cette forme.
De façon générale, l'élément unitaire qui forme le$
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4- tube noyau etnat olyéthylène est placé dans un alésage axial 116 de la pièce introduite de retenue 107 et possède un
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épaulement annulaire rétréci 117 sur l'extrémité de queue du tube noyau et matrice combiné 111 qui vient en regard du coté de la pièce introduite 107 de retenue et guide des filets d'écoulement du polyéthylènè 68 pour éliminer les régions de stagnation. La partie d'entrée ou l'élément unitaire 11 tout entier peut être d'un matériau thermiquement isolant convenable et résistant à l'usure tel que le"Heanium" pour réduire la quantité de chaleur transférée de l'un des composés 68 ou 69 à t'autre.
Un support de tubenoyau, à filets .intérieurs et ex- térieure, indiqué de façon générale par le chiffre 121 , qui fait partie d'un ensemble tubenoyau est vissé dans le contre- alésage taraudé 106 dans l'extrémité de queue du passage d'extrusion 102. Le support de tube noyau 121 a une partie terminale rétrécie 122 qui présente une périphérie extérieure sensiblement pyramidale avec des coins arrondis ( non mon- trés). Les faces planes 123-123 de la partie d'extrémité rétrécie 122 du support de tube noyau 121 convergent sui- vant un angle compris de 60 .
Le support de tube-noyau 121 est vissé dans le contre- alésage taraudé 106 jusqu'à ce que les coins arrondis de la partie terminale pyramidale amincie 122 du support du tube noyau,121 viennent en alignement avec un alésage tronconi- que interne 126 formant une voie d'accès au système combiné de tubenoyau et de matrice 111, à polyéthylène, et cette partie d'extrémuté presse l'épaulement annulaire 117 de la combinaison de tube noyau et matrice 111 contre la pièce introduite de retenue 107.
Les coins arrondis de la partie terminale 122 du support de tubeanoyau 121 s'alignent avec la surface incurvée complémentairement des parois d'une voie d'accès 126 pour la combinaison 111 de tube noyau et matrice à polyéthylène pour former quatre passages égaux 127-127
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ayant des sections transversales en segments circulaires. Les passages 127-127 sont utilisés pour permettre au composé de polyéthylène 68 de passer de la chambre d'égalisation de pression formée dans le contre-alésage 104 entre le sup- port de tubenoyau 121 et la pièce introduite de retenue 107, dans le tubeanoyau et matrice à polyéthylène combinés 111.
Une pointe de tube*noyau de forme générale cylindrique et filetée extérieurement , indiquée par le chiffre 131 d e façon générale , ayant une matrice diamant 132 montée dans son extrémité de tête rétrécie 132 , est placée de façon réglable dans un alésage cylindrique 133 et un contre-alésage taraudé 134 dans le support de tubenoyau 121. Un tube de guidage cylindrique allongé 136 est monta à demeure dans un alésage cylindrique 137 dans la pointe dtube anoyau 131 , en sorte que le tube guide cylindrique allongé 136 serve de guide d e noyau pour le noyau conducteur 11 qui passe à travers.
Une matrice d'extrusion indiquée de façon générale par le chiffre 141 et dite ci-après matrice à chlorure de poly- vinyle, est montée de manière réglable dans une ouverture 142 d'un support de matrice indiqué de façon générale par le chiffre 143 ,et est utilisée pour mettre en forme le chlorure de polyvinyle 69 dans la chemise 15. Le support de matrice 143 est monté à son tour dans une ouverture d'un écrou de rete- nue de matrice, à filets extérieurs indiquée de façon générale par le chiffre 146 qui est vissée dans le contre-alésage fileté 106 à l'extrémité de côte du passage d'extrusion 102.
L'é- crou 146 de retenue de la matrice est tourné dans le contre- alésage taraudé 106 jusqu'à ce que les parois d'un alésage tron- conique 147 du support de matrice 143 pour la matrice 141 d'extrusion de chlorure de polyvinyle vienne en regard avec les coins incurvés complémentaires 148-148 d'une partie 149 conformée sensiblement en pyramide de la combinaison 111
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de tubeanoyau et de matrice proche de la pointe du système combiné 111.
La partie pyramidale 149 du tube noyau et matrice d'extrusion à polyéthylène combinés 111 qui vient en regard de l'alésage tronconique 147 du support de matrice 143 est de même forme générale que la partie correspondante 122 du support de tubeanoyau 121 et coopère avec le support de matri- ce 143 pour former quatre passages 151-151 en segments circu- laires par lesquels le chlorure de polyvinyle 69 passe d'une chambre d'égalisation du chlorure de polyvinyle entre la pièce de retenue introduite 107 et l'écrou de retenue 146 de la matrice vers la matrice'141. Les coins arrondis des parties à conformation pyramidale de la combinaison de tube a noyau et matrice 111 et du support de tubeanoyau 121 sont orientés de préférence de telle sorte que deux des coins de cha- cune des parties à conformation en pyramide sont contenues dans un plan vertical
qui contient l'axe du noyau conducteur 11.
Les surfaces planes inclinées de la partie 149 convergent en comprenant un angle de 34 .
La matrice d'extrusion 141 présente une entrée trin- conique rétrécie 152 et une plage 150 d'une longueur d'environ 0,127 mm formant une lumière de sortie pour donner forme au chlorure de polyvinyle 69 dans la chemise 15 autour du noyau conducteur 11 entouré de polyéthylène. Une plage 150 qui au- rait plus de 0,127 mm conduirait à ce que le chemisage 15 soit lâche au-dessus de la gaine 14. L'entrée 152 de la matrice d'èxtrusion 141 converge suivant un angle compris d'environ 16 et communique avec une voie d'accès tronconique 153 à la matrice d'extrusion 141. Les parois de la voie dtaccès 153 de la matrice 141 convergent vers l'entrée tronconique 152 de la matrice 141 suivant un angle compris d'environ 60 .
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Comme mentionné précédemment, il y a une tendance à ce que quelques particules de composés plastiques, tels que les composés de polyéthylène adhèrent à l'extrémité de sortie des matrices dont le composé en question sort pendant un processus d'extrusion. Les particules ainsi déposées sur l'extrémité de la matrice se prennent ordinairement en masses relativement grandes qui, finalement , se détachent du bout de la matrice et adhèrent aurecouvrement isolant qui y est appliqué. Cet effet, que l'on peut appeler "bavure" est bien connu et le composé plastique déposé de cette façon est appelé "bavure".
Cette bavure est indésirable parce qu'elle diminue la qualité de revêtement extrudé et est nuisible aux propriétés électri- ques du conducteur isolant.
Si l'on diminue la masse de chaque particule de bavure , l'effet de la bavure sur la pièce extrudée finie se trouve di- minué d'autant. Par conséquent, la forme de la pointe du système combiné 111 de tubeanoyau et de matrice , la forme de la partie de raccordement 153 de la matrice à chlorure de polyvinyle 141 et les positions relatives de ces organesont été conçues et agencées sur l'arrivée 153 de la matrice de chlorure de polyvinyle 141 et les positions relatives de ces éléments ont été conçues et agencées pour que la bavure ne seforme pas à l'extrémité de la combinaison de matrice de polyéthylène et de tubea-noyau 111 et, par conséquent,
les masses d es particules de bavure sont relativement petites et la bavure n'a que peu ou pas d'effets sur les propriétés du conducteur isolé et chemisé 12.
Le raccord 153 de la matrice 141 est parallèle à l'extrémité tronconique 156 de la combinaison de tubeanoyau et de matrice pour polyéthylène 111 et , en position, est assez proche de ceux-ci pour donner le passage annulaire resser ré et convergent pour passer d'une dimension d'environ 3,$lmm de longueur sur environ 0,365 mm d'épaisseur et à travers
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quoi le composé de chlorure de polyvinyle 69 s'écoule à vi- tesse relativement élevée vers la gaine de polyéthylène 14 sur le noyau conducteur 11 ,
ensorte de forcer toute bavure tendant
157 à se former sur un bord net/de l'extrémité de tête @e du sys- tube a tème combiné de matrice et de/noyau 111 à aller vers la gaine de polyéthylène 14 et à diminuer la masse de toutes parti- cules de bavure entre la gaine de polyéthylène 14 et la chemise 15 de chlorure d e polyvinyle.
Pour maintenir le passage resserré voulu entre la matrice 141 et le bord de t@@e de la combinaison de matrice et de tube noyau 11, la longueur désirée 03 l'entrée de 0,427 cm et le diamètre minimum de 0,244 cm de l'orifice de la matrice à extrusion 141 pour un conducteur 11 de calibre 19 ayant un diamètre de 0,914 mm , il peut être souhaitable de modifier le contour de la partie de la matrice d'extrusion 141 qui forme l'entrée 152 de la matrice en sorte qu'un angle de soulagement d'environ 30 soit formé immédiatement près des parois de l'entrée 153 de la matrice 141. Cet agencement permettrait de construire une matrice 141 avec l'entrée de la matrice 141 ayant un diamètre maximum plus grand qu'il ne serait autrement possible.
Une seconde entrée tronconique con- vergente pourrait être formée près de l'angle de soulagement postérieur pour former une partie convexe dans la surface de l'orifice de la matrice d'extrusion 141 immédiatement à l'avant du raccordement 153 qui a une section en V. En variante , il peut être souhaitable de placer un angle de soulagement d'en- viron 5 à l'extrémité de la région 150 de la matrice 141.
Une matrice d'extrusion à polyéthylène à basse pression (c'est- à-dire une matrice qui offre peu d e résistance à l'écoulement du composé) tend à baver moins que celle qui pourrait avoir plus de résistance à l'écoulement du composé. Ceci est relié sans aucun doute à Impression du plastique immédiatement
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avant que le composé ne sorte de la matrice. Ainsi, une ma- trice de faible résistance est une matrice dans quelle il y aura une chute de pression relativement faible à travers la ma- trice, tandis qu'une matrice à grande résistance est une matrice qui provoque une chute de pression élevée à travers la matrice.
Le composé polyéthylène 68 est formé dans un orifice 161 de matrice à grande résistance de la combinai- son matrice et tubeanoyau 111 ayant une région indiquée par le chiffre 162, d'une longueur d'environ 0,500 mm et une entrée 163 dont lès parois convergent à un diamètre d'environ 1,96 mm suivant un angle compris d'environ 5 . Avec cet agencement, l'écoulement du polyéthylène 68 et de la bavure formée sur la pointe 157 de la combinaison de matrice etde tubeanoyau 111 peut être mieux commandé par la pression du chlorure de poly- vinyle 69 et on peut donc réduire la t endance à baver du poly- éthylène.
Les pressions du corps plastique qui vont d'environ 381 à environ 422 kilos par cm2 pour le polyéthylène 68 et d'environ 176 à environ 211 kilos par cm2 pour le chlorure de polyvinyle, comme déterminé par la lecture des manomètres 97 et 98 appartiendront autant que possible à ces domaines de pression, des pressions plus petites utilisées pour le polyéthylène 68 provoqueraient un degré plus grand de bavure.
Une diminution marquée de l'accumulation de bavures dans l'extrémité de sortie ou pointe 157 de la combinaison de matrice et de tubenoyau à polyéthylène 111 a été procurée en prévoyant la pointe rétrécie à surface lisse 156 de la combinaison de matrice et de tubeanoyau 111 du modèle montré à la figure 6, où la pointe conique 156 a une pente dans le sens de déplacement du noyau conducteur 11 correspondant à un angle compris d'environ 60 et où la pointe 156 est formée dans le bord tranchant annulaire 157. Cependant, pour faire une structure plus robuste, il peut être souhaitable de prévoir
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une pente de 37,5 tout à fait à l'extrémité de la pointe de la combinaison de matrice et detube à noyau, comme montré à la figure 6 , en pointillés.
La matrice d'extrusion de chlorure de polyvinyle 141 sera encore construite et agencée par rapport à la pointe 156 de la combinaison de matrice et de tube à noyau 111 en sorte qu'un passage annulaire convergent, avec un jeu de 0,356 mm , soit prévu entre la surface conique de la pointe 156 de la combinaison de matrice et de tube à noyau 111 et l'amorce 153 de la matrice 141 pour l'extrusion du poly- vinyle. Le passage doit être maintenu très réduit et peut être réglé en faisant tourner un élément fileté 166 dans la support de matrice 143.
Comme la pointe conique 156 de la combinaison de matrice et tube à noyau 111 pour le polyéthylène est maintenue à une température de l'ordre d'environ 216 à environ 232 C par l'é- coulement du polyéthylène 68, et que la température de la matrice 141 d'extrusion du chlorure de polyvinyle est main- tenue à une température de l'ordre de 154 à 168 C lorsque le chlorure de polyvinyle 69 s'écoule au travers, le chlorure de polyvinyle 69 se déplacera plus vite le long de la surface de la pointe 156 de la combinaison 111 que le 1 ong de la surface de la matrice d'extrusion. 141 relativement froide pour le chlorure de polyvinyle.
Cette différence de température entre la pointe 156 de la combinaison matrice et tube à noyau 111 et la matrice 141 provoque un gradient dans l'écoulement du chlorure de polyvinyle 69 , comme indiqué par les vecteurs d'écoulement montrés à la figure 6,
Lorsque le chlorure de polyvinyle 69 pénètre par l'en- ttée à environ 16 , 152, de la matrice 141 d'extrusion du chlorure de polyvinyle r le jeu entre les pointes 156 et l'entrée 152 de la matrice 141 augmente avec une augmentation
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résultante de la pression statique du chlorure de polyvinyle 69 qui s'écoule au travers.
Le chlorure de polyvinyle 69 près de la pointe 156 de la combinaison de matrice et de tube à noyau 111 pour le polyéthylène se déplace à une vitesse proche de la vitesse du conducteur 11 et, par conséquent, la tendance à la formation et à l'accumulation de bavures sur le bord 157 de la pointe conique 156 sera immédiatement contra- riée par l'écoulement du composé chlorure de polyvinyle 69.
Toute bavure qui tend à se former à la pointe 157 sera balayée du bord 157 immédiatement et sera déposée entre la face intérieure de la gaine 14 de polyéthylène et la chemise 15 de chlorure de polyvinyle.
Cet appareil d'extrusion peut être utilisé de façon satis- faisante pour diminuer la tendance des particules de bavure à adhérer à l'extrémité de sortie de la matrice et du tube à noyau 111 combina dont du polyéthylène à forte ou à faible densité sort pendant le processus d'extrusion si la matrice d'extrusion 141 est conçue et agencée par rapport à la combinaison de matrice et de tube à noyau 111 suivant les équations suivantes :
EMI21.1
C - (018 à 1;5) (D - d )
K - (1,2 à 1,6) D
L - (1,5 à 2,7) D @e
P - (2L tg Ó/2 + D cos ss- d 2 tg ss S - (0,3 à 0,5) D où D - diamètre extérieur de la chemise de chlorure de poly- vinyle 15, compris entre 1,016 mm et 6,48 mm. d = diamètre extérieur de la gaine de polyéthylène 14.
C = jeu entre l'amorce 153 de la matrice d'extrusion de PVC (chlorure de polyvinyle ) 141 et la pointe tronconique 156 de la combinaison-dû tube à noyau.et de la matrice à polyéthylène 111.
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K - longueur axiale du passage réduit entre l'amorce 153 de la matrice 141 et la pointe 156 de la combinaison de matrice et de tube à noyau 111 .
L - longueur axiale de l'angle convergent formant l'en- trée 152 de la matrice 141 d'extrusion de PVC. p= distance axiale dont la pointe tronconique 156 de la combinaison de matrice et de tube à noyau 111 pour le poly- éthylène s'étend dans l'entrée 152 de la matrice 141 d'ex- trusion du PVC. s= espace entre l'extrémité d'entrée de la matrice d'extrusion 141 et l'extrémité voisine de la partie conformée en pyramide de la matrice et tube à noyau 111 combinés pour le polyéthylène.
Ó= angle compris entre les limites de l'entrée 152 de la matrice 141 d'extrusion du PVC.
ss= angle compris entre les limites de l'amorce 153 de la matrice 141 d'extrusion du PVC.
L'amorce 153 de la matrice à extrusion doit être rétré- cie de telle sorte que l'angle compris aille d'environ 45 à environ 90 et donne lieu, de préférence, à la mme incli- naison que celle de la pointe tronconique 156 du tube à noyau et matrice combinés 111 pour le polyéthylène en sorte que le passage formé entre eux soit sensiblement à surfaces parallèles. Cependant, on a des résultats meilleurs lorsque l'angle compris 3 se trouve entre 60 et 75 .
Il peut être bon de modifier la pointe 156 de la combi- naison de matrice et de tube à noyau 111 de sorte que la pointe est un rétrécissement relativement court avec un angle compris allant de 75 à 90 pour résister à l'usure normale pendant le fonctionnement
T'angle compris de l'entrée de la matrice 141 à extru- sion peut aller de 10 à 16 pour s'adapter aux formes géomé- triques de la construction.
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Des caractéristiques d'extrusion souhaitables peuvent être obtenues en utilisant le type d'appareil à e xtrusion conçu d'après les équations précédentes pour extruder une gaine isolante sur un noyau conducteur, avec des composés d e polyéthylène à grande ou petite densité extrudés à une pression allant d'environ 281 à environ 492 kilos par cm2 et à une température allant dtenvircn 204 C environ 246 Cet pour chemiser le noyau conducteur gainé depolyéthylène avec des composés plastifiés ou semi-rigides de chlorure depolyvinyle extrudés à une pression allant d'environ 241 à environ 281 kilos par cm2 et à une température de l'ordre d'environ 149 C à environ 177 C.
A cause de la différence de dilatation thermique du chlorure de polyvinyle 69 par rapport au polyéthylène 68, il faut prendre des précautions dans l'extrusion pour diminuer le degré de relâchement de la chemise extérieure 15 de chlorure de polyvinyle au-dessus de la gaine intérieure 14 de polyéthylène ou Ó Ledegré de relâchement/de liberté de la chemise 15 de chlorure de polyvinyle peut être réduit de façon satisfaisante en aug- mentant le diamètre minimum de l'orifice de matrice 161 de la combinaison du tube à noyau 111 et de la matrice à polyéthylène que l'on utilise pour former la gaine intérieure de polyéthy- lène 14 et le diamètre de l'orifice de la matrice 141 d'ex- trusion de chlorure de polyvinyle utilisée pour former la chemise extérieure 15 de chlorure de polyvinyle sur la gaine intérieure 14 de polyéthylène/et en
augmentant la vitesse du conducteur 11 en sorte qu'un effet d'étirage se produise pendant la formation de la gaine intérieure 14 et de la chemise extérieure 15.
Fonctionnement
Pendant le fonctionnement de l'appareil d'extrusion , le conductetur 11 est tiré à travers la tête d'extrusion commune
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13de l'appareil d'extrusion 10 à partir d'un banc d'alimentation 171 par un treuil 172 entraîné par des moyens convenables tels qurun moteur 173. Le conducteur 11 est passé suivant un trajet de déplacement prédéterminé à partir du banc d'alimentation 171 sur une poulie de guidage174 alignée avec l'axe du passage à extrusion 102 , à travers la tête d'extrusion 13, dans une auge de refroidissement 176 alignée avec l'axe du passage d'extrusion 102 , autour du treuil 172 ,et est? enroulé ensuite sur un tourniquet de reprise 177 entraîné par un moyen convena- ble tel que le moteur 178.
En même temps, les composés poly- éthylène et chlorure de polyvinyle 68 et 69 sont avancés en faisant tourner les vis à matière 32-32 à travers les cylindres d'extrusion 16 et 17, les grilles 84-84 et les plaques briseuses 81-81.
Les composés plastiques 68 et 69 passent de chacune des plaques briseuses 81-81 par les passages annulaires 93-93 situés entre les plaques briseuses 01-81 et les écrous 87-87 de retenue des plaques , s'engageant dans les passages prin- cipaux 9 4-94. En considérant le passage d'extrusion 102 depuis le coté de sortie du conducteur, comme montré à la figure 4, on remarquera que le composé 69 de chlorure de polyvinyle qui passe par le passage unique d'alimentation 94, se divise en deux courants relativement plus petits dans les passages d'ali- mentation auxiliaires 96-96 qui pénètrent sensiblement tangen- tiellement à la chambre d'égalisation de pressions correspon- dante dans le passage d'extrusion 102; un agencement semblable existe aussi pour le polyéthylène 68 du coté d'entrée de la tête d'extrusion 13.
On remarquera que les outils d'extrusion sont placés à distance égale du coté de dessus des deux cylindres extrudeurs¯,.,
16 et 17 disposés suivant un angle .Le tube à noyau 111 combiné à la matrice pour le polyéthylène sert d'organe d'ali- gnement pour les autres éléments d'outils pour l'extrusion;
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à savoir la pointe du tube à noyau 131 par laquelle le conduc- teur de cuivre 11 de calibre 19 pénètre dans le passage d'ex- trusion 102 et la matrice 141 à chlorure de polyviny&e qui applique la chemise finale 15 sur la gaine de polyéthylène 14.
Ces éléments sont logés dans des éléments filetés distincts trempés et meulés 107,121 et 146 qui jouent le rôle de joints ; de fermeture confinant les composés plastiques 68 et 69 dans leurs chambres respectives d'égalisation de pression . Lagen- cement en coopération d es outils d'extrusion permet également aux composés plastiques 68 et 69 de s'avancer dans letube à noyau 111 et dans la matrice combinée 141 à travers les passa- ' ges 127-127 et 151-151 formés par les agencements en coopé- ration uniques qui servent à maintenir les éléments outils en étroit alignement concentrique. Les aires en section trans- versale des passages 127-127 et 151-151 doivent être d'une valeur comprise au moins entre 5 et 10 fois l'aire en section transversale de la gaine 14 et de la chemise 15 respectivement.
Le polyéthylène 68 s'écoule des passages à conformation en segments circulaires 126-127 à travers un passage réduit convergent réglable formé entre une partie tronconique 181 de la pointe de tube à noyau 131 et les parois tronconiques convergentes de l'amorce 126 du tube à noyau et de la matrice combinés , 111 ,et à travers le tube à noyau et la matrice combinée pour le polyéthylène, 111, où le composé polyéthy- lène 68 est mis en forme autour du noyau conducteur 11 pour former la ,aine 14 de polyéthylène. La chlorure de polyvinyle 69 s'écoule à partir des passages 151-151 conformés en segments de cercle , en/traversant le passage réduit entre la matrice d'extrusion 141 et la combinaison de tube à nbyau et de. matrice 111.
Le chlorure de polyvinyle 69 s'écoule à travers le passage restreint à une vitesse relativement grande qui est élevée près de la matrice d 'extrusion 141 pour le chlorure de poly- vinyle que près d e la combinaison du tube à noyau 111 et
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de la matrice pour le polyéthylène, ceci en raison de la différence ce température des d eux éléments.
Le chlorure d e polyvinyle 69 s'écoule vers la gaine de polyéthylène 14 du noyau conducteur 11 à peu près à la même vitesse que celle dont progresse le conducteur 11, en sorte de réaliser un balayage de toutes les bavures qui tendraient à sortir de la combinaison du tube à noyau 111 et de la matrice pour le polyéthylène sur la gaine d e polyéthylène 14, pour dimi- nuer la masse des particules de bavure entre la gaine de poly- éthylène 14 et la chemise de chlorure de polyvinyle 15.
Divers agencements différents peuvent être utilisés pour relier entre eux deux ou plusieurs extrudeurs avec une chambre d'outtls commune pour l'emploi dans le placement simultané de deux ou plusieurs couches de composés plastiques de différentes couleurs, ou de couches ayant des caractéristiques physiques différentes sur un noyau conducteur. Une extrudeuse fixe ordinai re pourrait être transformée en une extrudeuse à revêtements multiples, en lui adaptant une tête à revêtements multiples, et en fixant l'extrémité de délivrance d'une extrudeuse amovible à la tête commune de l'extrudeuse à revêtements multiples.
L'extrudeuse montée de façon mobile peut être montée à coulisse- ment sur un axe parallèle à l'axe de l'extrudeuse fixe du mê- me côté que l'extrudeuse ordinaire sur la tête commune , ou du coté opposé. L'axe de l'extrudeuse mobile peut être placé suivant un angle fixe par rapport à l'extrudeuse fixe et être monté sur une glissière universellement et horizontalement mobile dans les deux sens. L'extrudeuse mobile pourrait aussi être montée sur une glissière pivotante , en sorte que l'axe de l'extrudeuse mobile puisse être disposée suivant un angle varia ble par rapport à l'extrudeuse fixe et l'extrudeuse mobile pourrait alors être fixée à la tête commune par un a ccouple- ment à émerillon.
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On remarquera que les outils d'extrusion utilisés pour qui mettre en forme des composés plastiques/sont extrudés à des températures relativement faibles , et les moyens de montage de ces outils, tels que la matrice 141 , le support dematri- ce 143 et l'écrou de retenue de matrice 146 , sont faits de préférence de matière ayant un coefficient relativement élevé de conductivité thermique, comme etest le cas du bronze commercial plombé ou d'autres alliages de cuivre convenables en sorte que la chaleur est transmise à travers ces matières et dissipée dans l'atmosphère ambiante ou dans un agent de refroidissement approprié à vitesse relativement grande pour réduire la possibilité de roussir des composés plasti- ques sensibles à la chaleur qui sont extrudés par la machine.
Les termes "tête d'extrusion" et " tête dtextrusion commu ne" utilisés dans les revendications doivent signifier deux cylindres d'extrusion séparés débitant dans une chambre à outils commune . On comprendra que les moyens de tête dxtru- sion fixés aux extrémités de délivrance des cylindres peuvent en fait être séparés physiquement l'un de l'autre sauf peut-être qu'ils seront réunis par un support commun , et qu'ils seront isolés thermiquement l'un de l'autre par une matière thermiquement isolante ou par des dispositifs refroi- disseurs et reliés à une chambre à outils commune seule- ment par des moyens convenables tels que des conduites hy- drauliques à haute pression et des raccords.
Si une telle chambre à outils était assez longue, la gaine intérieure pourrait être tubée et en partie refroidie par des moyens convenables,tels qu'une chambre de refroidissement séparée hermétiquement de la gaine plastique avant l'application de la chemise extérieure. Un tel agencement réduirait les liber- tés ou la tendance à se détacher des chemises extérieures faites de certains -genres de matières plastiques
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Le terme "composé plastique" tel qu'utilisé dans la description et dans les revendications doit être entendu comme comprenant aussi bien des composés thermo-plastiques tels que le polyéthylène et le chlorure de polyvinyle ou analogue et des composés thermo-durcissables tels que des composés de Néoprène ou d'autres élastomères du genre du caoutchouc ou analogues.
Il est manifeste que le noyau n'a pas besoin d'être con- ducteur et que les procédés et appareils décrits ci-dessus peuvent être utilisés pour appliquer deux revêtements de ma- tière plastique sur un noyau , pour former des bandes stra- tifiées ou pour former des tuyaux ou des tubes de deux matières^ plastiques , en utilisant un noyau ou mandrin fixe au lieu d'un noyau mobile, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention.
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