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"Procédé d'extrusion de matières plastiques".
La présente invention concerne le façonnage, par extrusion, d'une matière thermoplastique constituée de fluorure de polyvinylidène, Plus particulièrement, elle concerne un procédé perfectionné en vue d'extruder une résine de fluorure de polyvinylidène à une plus grande vitesse de sortie, tout en maintenant le produit d'extrusion pratiquement exempt de défauts superficiels et internes, Plus particulièrement encore, l'invent ion concerne une tête d'équerre améliorée et avantageusement utilisée pour la mise en oeuvre de ce procédé perfectionné.
Le fluorure de polyvinylidène est une résine thermoplastique contenant du fluor, relativement récente dans le commerce. Il est un polymère cristallin à poids moléculaire élevé de fluorure de vinylidène. Il est flexible en minces sections,
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mais il est rigide et il peut supporter des charge* on stations épaisses, Il possède de hautes résistances aux choes, à la traction et à la compression et il a un faible degré de fluage.
La résine fond à environ 340 F (1710C), Elle est thermiquement stable pendant des périodes d'environ 1/2 heure environ 500 F (260 C) sans subir une importante déshydrofluoruration ou une scission de chaîne. Toutefois,par après, la dégradation se produit lentement et elle devient rapide, en particulier, à des températures d'environ 600 F (316 C).
La résine de fluorure de polyvinylidène, peut être extrudée sous différentes formes, par exemple, en profilés, en barrés, en tubes, en revêtements de fils métalliques et gaines de câbles en utilisant des dispositifs d'extrusion connus. Toute* fois, la vitesse de sortie du produit d'extrusion obtenu en utilisant ces dispositifs est trop lente du point de vue écono- mique, suivant les normes modernes. Un objet de la présente in- vention est d'obtenir de plus grandes vitesses de sortie d'extru- sion, tout en maintenant des caractéristiques optima de qualité dans le produit d'extrusion.
Un dispositif habituel d'extrusion pour les matières thermoplastiques est d'ordinaire constitué d'une boudineuse, d'un adaptateur et d'un corps de filière comprenant une filière de formage, assemblés en tandem. Lors de l'extrusion d'une résine de fluorure de polyvinylidène par ces dispositifs, on ne rencon- tre aucune difficulté particulière lorsque la résine est fluidisé@ au moyen de températures et de pressions élevées dans la boudi- neuse.
Toutefois, lorsqu'elle passe de la boudineuse à travers et hors de l'adaptateur vers le corps de filière et dans la fi- lière de façonnage, la résine de fluorure de polyvinylidène devient vulnérable à la dégradation par la chaleur dans l'adapta- teur et le corps de filière et, lorsqu'elle traverse la filière de façonnage, il risque de s'y former des défauts superficiels, . internes et dimensionnels,
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La dégradation thermique de la résine se produit en particulier dans l'adaptateur et le corps de filière là où il y a des creux dans lesquels des masses volumineuses et stagnan- tes de résine peuvent s'accumuler et subir de fortes pressions et des températures élevées pendant des périodes prolongées, par exemple,
pendant plus d'environ 1/2 heure à 500 F (260 C) ou plus. C'est pourquoi, il convient d'éviter ces creux dans le corps de filière.
De mima, lorsqu'elle passe à travers la filière, la résine de fluorure de polyvinylidène est susceptible de subir une rupture de masse fondue chaque fois que la tension de cisail- lement imposée à larésine par la pression de la vis sans fin de la boudineuse au cours du formage dépasse la limite élastique de la résine. Dès lors, en particulier lorsqu'on extrude du fluorure de polyvinylidène à poids moléculaire élevé, le produit d'extrusion peut se former en sections discontinues, en tubes ou en sections couvertes de rides.
A de plus faibles tensions de cisaillement et à de hautes vitesses d'extrusion, même avec des résines d'un poids moléculaire modéré, la surface du produit d'extrusion peut prendre un aspect rugueux ou sableux ou elle ris- que de se déchirer en passant/par la filière de façonnage par suite des variations non contrôlées de la pression et de la tem- pérature. En conséquence, les tensions de cisaillement doivent être maintenues au minimum.
De plus, comme cela se produit souvent avec d'autres ma- tières thermoplastiques, le façonnage d'une résine de fluorure de polyvinylidène par une filière de façonnage est influencé par certaines variables connues dans les conditions opératoires et les types de filières. Parmi ces variables, il y a le diamètre du canal de l'orifice, la longueur de ce dernier et la tempéra- ture de la filière au cours de l'extrusion. Le diamètre du canal de l'orifice de la filière détermine le diamètre du produit
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d'extrusion dans certaines limites. La longueur du canal de l'orifice de la filière exerce une influence sur l'uniformité de la surface du produit d'extrusion. En général, plus le danal de l'orifice est long, plus la surface du produit d'extrusion est lisse.
Afin de régler d'une manière adéquate la masse fondue amenée à la filière de façonnage, il est nécessaire d'exercer un contrôle précis de la température régnant dans le corps de filière. De même, la vitesse d'écoulement de la résine fondue de fluorure de polyvinylidène à travers la filière de façonnage est limitée par une rupture de masse fondue se produisant audelà d'une tension critique de cisaillement. Comme on le sait, lorsqu'on augmente la pression dans une boudineuse, on augmente également la vitesse d'écoulement de la résine à travers un filière de façonnage de dimensions fixes. Lorsqu'on utilise une ouverture de filière de dimensions fixes et d'une pression constante, la sortie d'une résine par la filière a tendance à diminuer si la viscosité de la masse fondue à traiter augmente.
Toutefois, lorsque la viscosité de la masse fondue augmente, la boudineuse crée en même temps une plus forte pression ayant tendance à augmenter la vitesse d'écoulement. Il en résulte que la vitesse d'écoulement par la filière de formage reste essentiellement inchangée. Lorsque la viscosité augmente,l'énergie ! requise par la vis sans fin de la boudineuse augmente également.
Cette augmentation d'énergie se transforme en chaleur, faisant ainsi monter la température de la niasse fondue. En conséquence, par suite de la combinaison de ces variables au cours de l'extru- sion de la résine de fluorure de polyvinylidène, il peut se produire une surchauffe et une dégradation de la résine dans l'adaptateur et le corps de filière.
Du fait des problèmes énoncés ci-dessus, les caractéris- tiques du produit d'extrusion et la vitesse de sortie de la
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filière de façonnage sont sujettes à des variations chaque. fois que les caractéristiques de viscosité de la résine fondue subissent des modifications par suite d'un changement de la température, de la pression ou de la tension de cisaillement dans la filière,
Compte tenu de toutes les variables en cause, il faut un degré d'expérience et d'ingéniosité lors de la conception, de la construction et du fonctionnement des filières d'extrusion d'une,résine de fluorure de polyvinylidène sous une forme particulière requibe et à une vitesse de 'sortie optimum, tout en maintenant des tolérances et des caractéristiques de qualité optima.
De plus, tout changement devant être apporté dans la for- j me ou les dimensions du produit d'extrusion entraîne des frais élevés. C'est particulièrement le cas lorsqu'il faut réaliser des produits d'extrusion de différentes formes ou dimensions avec la même boudineuse et lorsque la résine de fluorure de polyvinylidène peut être d'une qualité ou d'un poids moléculaire différents de ceux d'une opération d'extrusion précédente.
La présente invention prévoit un appareil et un procédé en vue de résoudre les problèmes énonces ci-dessus et, d'une façon inattendue, elle permet d'augmenter la vitesse de sortie d'un produit d'extrusion de haute qualité, constitué d'une résine thermoplastique, en particulier de fluorure de polyvinylidène.
Plus spécifiquement, elle permet d'assurer un contrôle plus pr@cis de la pression et de la tension de cisaillement et, par consé- quent, de la température régnant dans le corps de la tête d'équerre et les sections des filières de façonnage du disposi- tif d'extrusion ce qui, à son tour, assure une meilleure uni- formité d,e la température et un contrôle de la qualité du produit d'extrusion.
La présente invention prévoit une variation et un réglage continus et précis de la pression et des tensions de cisaillement dans la filière et dans des conditions opératoires
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réelles au cours de l'extrusion et du façonnage de la résine de fluorure de polyvinylidène par n'importe quelle formé de filière de façonnage, en particulier (sans cependant y être limité) la sortie d'une filière de formage de barres,d'une filière d'enrobage de fils métalliques, d'une filière de formage de tubes, d'une filière de formage de profilés pleine de n'importe quelle forme, ainsi que d'une filière d'extrusion multiple.
Une réalisation préférée de l'invention, sous forme d'un appareil, prévoit simultanément une variation et un réglage continus et précis des dimensions internes de l'orifice du corps de filière et de la filière de façonnage dans des conditions opératoires réelles au cours de l'extrusion et du façonnage continus de la résina
Le procédé de la présente invention consiste à régler les dimensions de l'orifice d'un corps de filière intérieurement conique comportant plusieurs cavités cylindriques et tronconiques , alternées, disposées intérieurement et concentriquement autour de l'axe de ce corps, tout en comportant plusieurs éléments distributeurs de forme tronconique et mutuellement complémentaires par rapport à la section d'une cavité tronconique correspondants,
chacun de ces dispositifs étant disposé concentriquement autour de l'axe de ce corps près de ces sections à cavités troneoniques en déplaçant au moins un de ces éléments distributeurs dans une direction axiale, pour faire varier la distance comprise entre l'extérieur des éléments distributeurs et la surface de la section à cavités tronconiques, tandis que la résine de fluorure de polyvinylidène est extrudée continuellement par la sortie d'une filière de façonnage .fixée à la sortie de ce corps de filière.
En manipulant les éléments distributeurs tronooniques, on modifie et contrôle progressivement et exactement la perte de charge et la tension de cisaillement entre la sortie de la
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boudineuse et la sortie de la filière de façonnage ou de for- mage.
La présente invention sera mieux comprise par la des- cription détaillée ci-après de son procédé et de son appareil en se référant au dessin annexé illustrant une forme de réalisation d'une tête d'équerre suivant la présente invention, cette tête étant représentée par une élévation en coupe prise prati- quement au centre.
Dans le dessin annexé, l'extrémité de sortie d'un cylin- dre d'une boudineuse (non représenté) débouche dans un adapta- teur 1 comportant un passage de résine 2, A son extrémité de sortie, l'adaptateur 1 est relié à un corps de tête d'équerre
3. Le passage 2 est relié à un orifice annulaire 4 du corps de filière (certaines parties de cet orifice étant également dési- gnées par 4a, 4b, 4c et 4d, afin de faciliter la description), cet orifice s'étendant transversalement dans le corps de filière.
A l'intérieur de l'orifice 4, est placé un premier élément distributeur ou mandrin 5 ayant une extrémité tronconique 6 repo- sant contre le corps de filière 3 dans un siège tronconique conforme 7. A son extrémité arrière Sa, l'élément distributeur 5 est fileté pour venir s'adapter hermétiquement et tourner d'une manière réglable à l'intérieur du corps de filière 3. Une partie extérieure de l'élément distributeur 5 est munie d'un bouton de réglage 8 en vue de faire tourner l'élément distributeur ± et de déplacer son extrémité conique 6 vers ou à l'écart du siège
7. Un deuxième élément distributeur ou mandrin 9 est situé d'une manière coulissante et hermétique axialement à l'intérieur du premier élément distributeur 5.
Le deuxième élément distributeur comporte également une extrémité tronconique 10 située à l'extrémité avant du deuxième élément distributeur 9 et prévue pour venir reposer contre un deuxième siège tronconique conforme
11 dans le corps de filière 3. L'élément distributeur 9 est centré
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et supporté à l'intérieur du corps de filière par la paroi intérieure de l'élément distributeur 5 et par une partie filetée
12. Un bouton extérieur de réglage 13 est fixé à l'extrémité arrière de l'élément distributeur 9 en vue de régler l'extrémi- té conique 10 vers ou à l'écart du siège 11.
Le bouton 13 est adapté d'une manière rotative dans un creux pratiqué dans le corps de filière 3 auquel l'accès est assuré par des ouvertures pratiquées dans le corps de filière 3 pour faire tourner le bou- ton 13.
Une ouverture cylindrique 14, concentrique à l'axe du corps de filière 3, s'étend axialement dans le deuxième élément distributeur 9. A l'intérieur de l'ouverture 14, est placé axialement un troisième élément distributeur ou mandrin 15 sous forme d'un arbre creux, sur lequel on peut adapter herméti- quement une barre pour 1' irage de tubes ou un guide-fil tubu- laire creux pour l'étirage de fils. L'extrémité arrière du troi- sième élément distributeur 15 est centrée et supportée par une section filetée 16 à l'arrière du corps ce filière 3. L'extrémi- té avant du troisième élément distributeur 15 est supportée par la paroi intérieure de l'élément distributeur 9.
Le troi- sième élément distributeur 15 comporte un bouton de réglage 17 fileté en son centre pour tourner autour du troisième élément distributeur 15, ce bouton étant adapté d'une manière mobile et accessible dans le corps de filière ± afin de régler le troisième élément distributeur 15 vers ou à l'écart de l'extrémité de l'ouverture 14.
Une filière de façonnage 20 est fixée d'une manière amovible à l'extrémité avant du corps de filière 3 A l'intérieur de la filière de façonnage 20, est prévue une cavité tronconique 21 concentrique et conforme à l'extrémité conique 10 et venant se confondre, à son extrémité arrière, en un siège 11 so-us forme d'un important prolongement de ce dernier. A l'extré-
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mité avant de la cavité 21, est situé un canal d'orifice cylin- drique 22 concentrique à l'extrémité avant du troisième élément distributeur 15.
Le troisième élément distributeur 15 est prévu pour être mis en rotation et être déplacé axialement d'une ma- niera réglable vers ou à l'écart du canal d'orifice 22, le bord extérieur de l'extrémité avant de la partie rectiligne de l'élé- ment 15 reposant contre l'intérieur du produit d'extrusion au cours de l'extrusion de la résine par la filière de formage.
' A l'extrémité avant du corps de filière 3, est située une cavité cylindrique 23 qui, avec une partie cylindrique 24 du deuxième élément distributeur 9, forme une cavité annulaire cylindrique 4b d'une largeur et d'une section transversale fixes.
La longueur de la cavité annulaire 4b est quelque peu variable; par exemple , elle est comprise entre environ 0,75 et 3 pouces (19,05 et 76,2mm) et elle dépend de la distance comprise entre l'extrémité avant de l'extrémité conique 6 et l'extrémité arrière de l'extrémité conique 10, suivant que les extrémités coniques sont réglées vers ou à l'écart de leurs sièges coniques confor- mes et respectifs 7 et 11. La largeur de la cavité annulaire 4b doit être au moins égale à celle de l'anneau sphérique compris entre l'extrémité conique 6 et le siège 7, au centre de l'extra- mité conique 6, par exemple, environ 0,02 à 0,1 pouce (0,508 à 2,54 mm), lorsque l'extrémité conique 6 a, à sa base, undiamètre extérieur d'environ 1,5 pouce (38,1 mm).
Le compartiment annulaire cylindrique 4b sert principa- lement de réservoir pour le fluorure de polyvinylidène avant que la résine ne pénètre dans le compartiment annulaire tronco- nique 4c entre l'extrémité conique 10 et le siège 11. Toutefois, le compartiment annulaire 4b sert également de compartiment dans lequel là résine est relaxée après avoir subi les tensions de déformation dans le compartiment annulaire tronconique 4a entre l'extrémité conique 6 et le siège 7. L'effet global ainsi produit
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à l'intérieur du corps de filière est tel que les tensions de cisaillement sont interrompues à peu près au milieu de l'opération d'extrusion, tandis que la résine est momentanément détendue avant d'y appliquer à nouveau une tension dans la section tronconique suivante.
De la sorte,la qualité du produit d'extrusion est améliorée et la vitesse de sortie du produit d'extrusion est accrue.
L'angle formé entre l'extrémité conique 6 et son siège conforme 7, de même que l'angla formé entre l'extrémité conique 10 et son siège conforme 11 peuvent être compris chacun entre environ 10 et 30 , mesurés à partir de l'axe. De préférence, l'angle formé entre l'extrémité conique 6 et son siège 7 est d'environ 20 à 30 . L'angle formé entre l'extrémité conique 10 et son siège!! est, de préférence, de 10 à 20 . Il est préférable d'avoir un ang se situant à la limite inférieure de l'intervalle lorsqu'on désire extruder des tubes à minces parois et des enrobages de fils.
Les jeux et les relations existant entre l'extrémité du troisième élément distributeur 15. l'extrémité conique 10 du deuxième élément distributeur 9 et la cavité de la filière de façonnage 20, que l'on emploie pour l'enrobage de fils, sont critiques pour les caractéristiques optima du produit d'e@- trusion. Sont également critiques, la forme et les dimensions de l'orifice 4 entre la pointe du troisième élément distributeur 15 et l'alésage tubulaire rectiligne de la filière de façonnage 20, en particulier à l'endroit où la résine pénètre dans la section tubulaire rectiligne pour le formage final, c'est-à-dire au canal d'orifice rectiligne 22 de la filière de formage 20.
Lorsque la section transversale de l'orifice 4 et la distance sur laquelle l'extrémité du troisième élément distributeur 15 ressort au-delà de -l'extrémité du deuxième élément distributeur 9 et dans la filière de formage 20 sont réglées d'une manière appropriée, les vitesses relatives de la résine à extruder et
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v du fil sont proportionnées correctement. Le produit d'extrusion est alors exempt de toute rupture de masse fondue ou autres défauts et il est extrudé aux dimensions appropriées et une qualité optimum, avec l'adhérence requise sur le fil.
Toutefois un mauvais réglage des relations ci-dessus peut donner @ieu à une tension excessive de cisaillement et à une monture de masse fondue, en particulier à l'entrée du canal 'orifice rectiligne
22 de la filière de façonnage 20 La @sse extrudée de résine fondue peut également se rompr @orsqu'elle est amenée sur le fil se déplaçant relativement @us rapidement,'formant ainsi un revêtement rugueux ou- discontinu ou encore de nombreux autres défauts de revêtent.
Un autre facteur devant entrer en considération est ce- lui suivait' lequel, si l'extrémité de guidage du fil du troisième élément-distributeur 15 s'étend d'une manière inappropriée dans @ au-delà du canal d'orifice de filière 21, le revêtement ris- que de se déposer en rides ou en replis lâches sur le fil. De même, lors du façonnage de tubes, la position de la pointe du troisième élément distributeur 15 sous forme d'une tige utilisée en référence au canal d'orifice de filière 22 exerce un effet considérable sur l'épaisseur du tube extrudé, ainsi que sur son diamètre. La localisation appropriée de la pointe de cet élé- ment distributeur au cours du fonctionnement réel, conformément à la présente invention, permet d'éviter ces difficultés.
Le corps de filière 3 est constitué, de préférence, de sections pouvant être aisément usinées et assemblées pour former le corps de filière complet. En prévoyant une variété de premiers et de deuxièmes éléments distributeurs ayant des conicités diffé- rentes et en prévoyant une variété de sections ayant des sièges conformes correspondants, on peut extruder toute une variété de dimensions de tubes et de barres en utilisant les mêmes pièces principales pour le corps de filière et en changeant simplement
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les éléments distributeurs et la filière de façonnage suivant les conditions requises. Les avantages de la présente invention sont réalisés dans chaque assemblage.
Lors de la mise en oeuvre de la présente invention, la résine de fluorure de polyvinylidène est fluidisée et amenée à la température d'extrusion en appliquant de la pression et de la chaleur à la résine dans un dispositif d'extrusion pouvant fonctionner sous des pressions de plusieurs tonnes, par exemple 5 à 15 tonnes,et à des températures d'au moins 500 F (260 ), par exemple, 500 à 1000 F (260 à 538 C). La résine fluidisée est ensuite forcée, par l'adaptateur 2, dans le corps de filière! et elle y est maintenue en dessous de sa température d'extrusion, par exemple, 400 à 700 F (204 371 C) au moyen d'un chauffage extérieur.
La largeur de l'orifice annulaire 4 du corps de filière varie progressivement par étages afin de réaliser un réglage progressif de la pression et de la tension de cisaillement sur la résine, lorsque cette dernière passe entre l'entrée et la sortie de l'orifice 4. La résine est ensuite extrudée de la sortie 4d de l'orifice ± par la filière de façonnage 20 chauffée continuellement à une température de formage d'environ 750 à 850 F (399 à 454 C), Enfin, la résine extrudée est refroidie en dessous de sa température de prise et à la tampé@ature ambian- te, par les dispositifs habituels, lorsqu'elle quitte la filière de façonnage 20.
D'une manière générale, le procédé comprend quatre étapes qui, en combinaison, exercent une influence sur les caractéristiques du produit d'extrusion et la vitesse de sortie de la filière de formage. Au cours de la première étape, la pression régnant dans le corps de filière ¯µ¯ est réduite de la pression de la boudineuse à peu près à la pression nécessaire pour extruder la résine par la filière de façonnage 20 en faisant varier mécaniquement, par un réglage sommaire, les dimensions de
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l'orifice annulaire 4 en 4a dans une première partie du corps de filière, par la manipulation de l'élément distributeur 5.
Dans la deuxième étape, on réduit la tension de cisaillement exercée sur la résine en faisant passer cette dernière par la cavité annulaire cylindrique 4b dans une deuxième partie du corps de filière où la résine est relaxée. Dans la troisième étape, on laisse s'établir la tension de cisaillement dans l'orifice 4 en 4c, tandis que la température de la résine dans la filière, autour de l'élément distributeur 9, est élevée pour se rapprocher de la température d'extrusion de la résine dans la filière de façonnage 20. la pression exercée sur la résine dans l'orifice 4 en 4c étant réglée plus exactement par la manipulation de l'élément distributeur 9.
Dans la dernière étape, les dimensions de l'orifice 4 en 4d, à l'entrée et dans la filière de façonnage 20, sont modifiées en faisant varier mécaniquement l'orifice annulaire en 4d à la sortie de la filière, en retirant ou en faisant avancer la pointe de l'élément distributeur 15. La filiè- re de façonnage 20 est maintenue à la température d'extrusion en appliquant de la chaleur extérieurement, de préférence, à partir de radiateurs à résistance électrique.
Chacune des variations mécaniques des dimensions 4-4d de l'orifice annulaire est effectuée, de préférence, au cours du fonctionnement réel de la filière d'extrusion, afin d'obtenir les caractéristiques optima dans le produit d'extrusion. Dans une forme de réalisation préférée l'invention, on fait varier mécaniquement l'orifice annulaire 5 en réglant les éléments distributeurs comme décrit ci-après d'une maniera plus détaillée.
Par exemple s'il faut plus de pression$on retira la premier distributeur 5 pour laisser passer une plus grande quantité de résine dans d'orifice /la. Le deuxième élément distri- buteur 9 peut ensuite être réglé pour compenser tout changement sc produisant dans la tension de cisaillement ou la pression en
4d, Lc troisième élément distributeur 15 peut ensuite être réglé
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pour assurer un contrôle précis de la section transversale du produit d'extrusion et de sa qualité superficielle.
Au cours du démarrage du procédé de l'invention, les caractéristiques superficielles et structurelles du produit d'extrusion sont observées par l'opérateur de la machine et ce dernier les modifie en manipulant les éléments distributeurs 5, 9 et 15, jusqu'à ce qu'on obtienne les caractéristiques optima dans le produit d'extrusion. Ensuite, en continuant à observer et à manipuler les éléments distributeurs 5, 9 et 15, par un réglage manuel ou automatique, l'opérateur peut maintenir les caractéristiques optima au cours de l'opération d'extrusion et de façonnage sans atteindre ou dépasser la limite élastique de la résine et quelles que soient les variations survenant dans les caractéristique. de la résine chargée.
Dans une forme de réalisation préférée du procédé de l'invention, on charge une résine de fluorure de polyvinylidène sous forme de pastilles dans la trémie d'une boudineuse, où elle est chauffée au-delà de sa température de transformation, c'est-àdire au-delà d'environ 320 F (160 C), de préférence, à environ 400 F (204 C), en appliquant une pression d'environ 8.000 psi manométriques (562 kg/cm2) au moyen de la vis sans fin d'extr.sion et en appliquant de la chaleur par des dispositifs extérieurs, par exemple des radiateurs à bandes électriques.
La résine de fluorure de polyvinylidène est tassée et fluidiséa à l'intérieur de la vis sans fin et elle est déchargée dans l'adaptateur 1 par le passage 2 pénétrant dans l'orifice 4 du corps de filière 3. Le premier élément distributeur ± est réglé initialement avec son extrémité conique 6 reposant sur le siège 7 du corps de filière 3. De même, le deuxième élément distributeur 9 est réglé initialement avec son extrémité conique 10 reposant sur le siège 11 du corps de filière. Le troisième élément distributeur 15 est réglé initialement de façon que son extrémité avant (une tige ou un tube suivant le cas/ ressorte au-delà de
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&.,: ;rnr:,té du canal d'orifice 22.
Le corps de filière 3 est muni de radiateurs à résistance électrique maintenant la tempé- @ature de la filière d'extrusion au siège du premier élément distributeur 7 et au siège du deuxième élément distributeur 11 dans un intervalle compris entre 400 et 570 F (204 à 299 C). Un
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i'-idia-Sesuï1 analogue à résistance maintient la température de la filiez de façonnage 20 dans un intervalle compris entre 400 et :
'0 ' (204 et 427 C?
Les températures régnant aux sièges 7 et 11 respectivemenx du premier et du deuxième élément distributeur étant réglées
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à S25 2SoP (274 13,90C), la température au canal d'orifice 22, étant réglée, de préférence, à 7S0 + 50 F (999 t 27,8 C), . oë9a,us .on est prête à commencer.
L'invention sera décrite ci-après en se référant à un procédé de revêtement d'un fil de communication au moyen d'une résine de fluorure de polyvinylidène. On enfile le fil à revêtir dans le troisième élément distributeur 15 muni,dans cet exemple, d'un guide-fil tubulaire creux. Le fil ressort au-delà du canal
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ê'or-.lfîae 22¯ et il est fixé à un dispositif d'envidage automati- que sous une tension appropriée.
Le bouton 8. est ensuite dégagé pour déloge? l'extrémité conique 6 du siège 7. La résine de
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. ,; s .,, . , de polyvinylidène s'écoule par l'entrée de l'orifice @ et elle vient s'accumuler dans le compartiment annulaire 4a devant le deuxième élément distributeur 9. On fait alors tourner le bouton 13 pour rappeler l'élément distributeur 9, créant ainsi
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un prolongement de l'orifice +..4a b entre l' extrsmit' Conique 0 r>t le siège 11.
La résine s'écoule alors par l'orifice 4e nxfivc l'extrémité conique 6¯ et le siège 11 et autour de la sur- 7, ';):tr.s!\:tf,U7.'a du tube du troisième élément distributeur 15 ,ni par l'orifice 4à, Le fil à revêtir eommenae s'étirer <y±0 5.!. ù'51 et 5. mesure que la résine de fluorure de polyvinyli. dM!Q s'reculs autour de la pointe du tube du troisième élément
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distributeur 15 et par l'orifice 4d, la résine se dépose sur le fil au bord extérieur de l'orifice de la filière de formage 20. Le fil revêtu est ensuite refroidi à l'air et à l'eau suivant les techniques habituelles pour le traitement des matières thermoplastiques extrudées.
On effectue ensuite un réglage de précision du troisième élément distributeur 15, du deuxième élément distributeur 9, ainsi que du premier élément distributeur 5. Le "olume et la pression de la résine amenée de l'adaptateur 2 dans l'orifice 4- 4a sont réglés par le premier élément distributeur 5, de façon à assurer une alimentation constance et suffisante de la résine sous une pression d'environ 8000 psi manométriques (562 kg/cm2) à la filière de façonnage ou ae for@ege 20.
Le deuxième élément distributeur 9 est alorp réglé en le déplaçant vers l'avant ou vers l'arrière jusqu'à ce que le taux de déformation et la tension de cisaillement près de la sortie de la filière de formage 20 à l'orifice 4D soient à un minimum. On peut déterminer ce résultat en examinant les caractéristiques du produit d'extrusion qui doit être lisse et exempt de défauts. Ensuite, on règle le troisième élément distributeur 15 en le déplaçant vers l'arrière ou vers l'avant jusqu'à ce qu'on obtienne, sur le fil, un dépôt de résine de fluorure de polyvinylidène optimum à la fois quant à l'aspect et au degré d'adhérence. On peut éventuellement répéter ces séries de réglages jusqu'à ce que l'extrusion soit à une vitesse optimum compatible avec la qualité optimum du produit d'extrusion.
Bien que l'invention ait été décrite en se référant à une opération de revêtement de fil, il est entendu qu'elle peut également être mise en oeuvre de la marne manière pour l'extrusion de tubes en remplaçant le tube du troisième élément distributeur 15 par une tige ayant les mêmes dimensions extérieures, cette tige pouvant également être réglée vers l'avant ou vers l'arrière
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dans la zone du canal d'orifice 22, pour obtenir la relation optimum pour l'épaisseur appropriée du tube.
L'invention est particulièrement intéressante en ce sens que, dès que l'on a réglé les taux de déformation, de cisaillement, de volume et de pression en réglant le premier et le deuxième élément distributeur, on peut aisément régler et contrôler les caractéristiques du produit d'extrusion en réglant simplement le troisième élément distributeur 15. La tête d'équerre de la présente invention peut également être employée pour extruder des profilés en forme de barres en bouchant la sortie du troisième élément distributeur, de façon qu'elle ne ressorte pas dans l'orifice 4d, comme on le sait dans la technique.
Bien que le procédé et l'appareil de la présente invention soient particulièrement avantageux pour l'extrusion d'une résine de fluorure de polyvinylidène, ce procédé et cet appareil peuvent également être avantageusement employés pour l'extrusion d'autres résines thermoplastiques. Parmi ces résines, 'il y a, par exemple, les polymères suivants et leurs copolymères avec des matières polymères connues:le cholrure de polyvinyle, le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène durci, le nylon, le méthacrylate de polyméthyle, les polycarbonates, le polytétrafluoréthylène et les dérivés de cellulose, par exemple l'acétate de cellulose.
Les avantages de la tête d'équerre de la présente invention sont illustrés d'une manière plus détaillée en comparant les données du tableau I (tête d'équerre du type standard) avec celles du tableau II (tête d'équerre à distribution contrô- lée). Les données du tableau II ont été obtenues avec une tête d'équerre de la présente invention.
Dans les essais 1-5 du tableau I et les essais 1-6 du tableau II, la température à l'extrémité de la filière a été maintenue à 800 F (427 C). De même, l'angle d'inclinaison du
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mandrin (correspondant à la partie tronconique 10 du dessin) a été maintenu à 14 . Dans les tableaux, le terme "ouverture de distribution" désigne une ouverture correspondant à l'orifice 4a du dessin tandis que le terme "anneau sphérique" correspond à l'orifice 4b du dessin. L' "ouverture de distribution" et 1' "anneau sphérique" n'existent pas dans la tête d'équerre du type standard du tableau I.
Dans chacun des tableaux, le terme "ouverture du mandrin" correspond à l'orifice 4c du dessin. Dans les essais repris dans chaque tableau, un fil d'ordinateur ayant un diamètre extérieur de 0,020 pouce (0,508 mm) a été revêtu d'une couche de fluorure de polyvinylidène de 0,020 pouce (0,508 mm) d'épaisseur, pour obtenir un fil enrobé d'un diamètre extérieur de 0,040 pouce (1,015 mm). Dans chaque essai, à l'exception de l'essai N 2 du tableau II, la pression de la boudineuse a été maintenue à 6500- 7000 psi manométriques (457 - 492 kg/cm2).
On a évalué l'aspect superficiel, la qualité et l'adhérence du revêtement du fil enrobé de chaque essai. L'adhérence du revêtement a été évaluée par un test de soudage effectué sur le fil enrobé de chaque essai.
Les résultats du tableau I démontrent que, dans aucun des essais l à 5, on n'a obtenu un fil revêtu' d'une qualité spécifiée. L'aspect variait entre celui du "papier. de verre" et un aspect "lisse". Pour la plupart, l'évaluation de la qua- lité était "faible". La boudineuse fonctionnant à une vitesse de 3 tours/minute, la sortie était de 50 à 90 pieds (15,2 à 27,3 m) /minute.
Au tableau II, l'aspect superficiel est uniformément lisse. L'adhérence du revêtement est uniformément du degré spécifié et la qualité est évaluée entre "bonne" et -excellente'.
De plus, la boudineuse fonctionnant à une vitesse de 3 tours/ minute, la sortie se situait entre 90 et 120 pieds (27,3 et 36,
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m)/minute. Toutefois, d'une manière plus significative, on constate que la rotation a été portée à 6 tours/minute, la vitesse de sortie allant jusqu'à 280 pieds (85,1 m) /minute en obtenant un produit de la qualité spécifiée.
La présente invention permet non seulement d'éviter les incertitudes de l'opération habituelle de façonnage en donnant un produit d'extrusion ayant les caractéristiques optima désirées aux points de vue dimensions, surface et structure mais, dîne façon inattendue, elle permet également d'effectuer le façonnage à une vitesse de sortie beaucoup plus grande que celle pouvant être envisagée antérieurement.
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EMI20.1
<tb>
Essai <SEP> , <SEP> ? <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Température <SEP> à <SEP> l'extrémité
<tb> de <SEP> la <SEP> filière, <SEP> F.( C) <SEP> 800 F. <SEP> 800 F. <SEP> 800 F <SEP> 800 F. <SEP> 800 F.
<tb>
(427 C) <SEP> (427 C) <SEP> (427 C) <SEP> (427 C) <SEP> (427 C)
<tb> Angle <SEP> d'inclinaison <SEP> de
<tb> la <SEP> pointe <SEP> du <SEP> mandrin <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14
<tb> Ouverture <SEP> de <SEP> distribution, <SEP> pouces- <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Anneau <SEP> sphériçue, <SEP> largeur <SEP> x <SEP> longueur,pouces <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Ouverture <SEP> du <SEP> mandrin, <SEP> tpouces <SEP> (mm) <SEP> 0. <SEP> 125 <SEP> 0. <SEP> 070 <SEP> 0,125 <SEP> 0.125 <SEP> 0.250
<tb> (3,175) <SEP> 0,778) <SEP> (3,175) <SEP> (3,175) <SEP> (6,350)
<tb> Boudineuse, <SEP> tours/minute <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP>
<tb> Pression <SEP> de <SEP> la <SEP> boudineuse, <SEP>
<tb> p.
<SEP> s.i.manométriques
<tb> l'entrée <SEP> de <SEP> 7.!adaptateur <SEP> 6500-7000 <SEP> 6500-7000 <SEP> 6500-7000 <SEP> 6500-7000 <SEP> 6500-7000
<tb> (kg/cm2) <SEP> (457-492 <SEP> kg/ <SEP> (457-492 <SEP> kg/ <SEP> (457-492 <SEP> kg <SEP> (457-492 <SEP> kg/ <SEP> (457-492 <SEP> k
<tb> cm2) <SEP> em2) <SEP> cm2) <SEP> cm2) <SEP> cm2)
<tb> Sortie,pieds/minute
<tb> (mètres/minute) <SEP> 60 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 40 <SEP> 90
<tb> (18,2) <SEP> (15,2) <SEP> (15,2) <SEP> 0-2,1) <SEP> (27,3)
<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> du <SEP> fil,
<tb> pouces <SEP> (mm) <SEP> 0. <SEP> 020 <SEP> 0.
<SEP> 020 <SEP> 0.020 <SEP> 0.020 <SEP> 0.020
<tb> pouces <SEP> umn, <SEP> (0,508) <SEP> (0,508) <SEP> (0,508) <SEP> (0,508) <SEP> (0,508)
<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> du <SEP> 0.042 <SEP> 0.042 <SEP> 0.040 <SEP> 0.040 <SEP> 0.040
<tb> revêtement,pouces(mm) <SEP> (1,066) <SEP> (1,066) <SEP> (i,0l6) <SEP> (1,016) <SEP> (1,016)
<tb>
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TABLEAU I (Suite)
EMI21.1
<tb> Essai <SEP> ,N <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Aspect <SEP> superficiel <SEP> Papier <SEP> de <SEP> tube, <SEP> ressauts <SEP> rugueux <SEP> lisse <SEP> rugueux
<tb> verre
<tb> Adhérence <SEP> du <SEP> revêtement <SEP> lâche,ne <SEP> lâche, <SEP> décentré, <SEP> lâche,non <SEP> lâche,non <SEP> lâche,
non
<tb> répand <SEP> pas <SEP> non <SEP> conforme <SEP> conforme <SEP> conforme <SEP> conforme <SEP> aux
<tb> aux <SEP> specifi- <SEP> aux <SEP> spécifica- <SEP> aux <SEP> spécifi- <SEP> aux <SEP> spécifi- <SEP> spécifications
<tb> cations <SEP> pour <SEP> tions <SEP> cations <SEP> cations
<tb> un <SEP> fil
<tb>
EMI21.2
d'ordînateur
EMI21.3
<tb> Qualité <SEP> faible <SEP> faible <SEP> faible <SEP> assez <SEP> bonne <SEP> faible.
<tb>
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'TABLEAU II Tête d'équerre à distribution contrôlée
EMI22.1
<tb> Essai, <SEP> N <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Température <SEP> à <SEP> l'extré- <SEP> ¯
<tb> mité <SEP> de <SEP> la <SEP> filière, F <SEP> (De) <SEP> 800 F <SEP> 800 F <SEP> 800 F <SEP> 800 F <SEP> 800 F <SEP> 800 F
<tb> (472 C) <SEP> (427 C) <SEP> (427 C) <SEP> (472 C) <SEP> (427 C) <SEP> (427 C)
<tb> Angle <SEP> d'inclinaison <SEP> de
<tb> la <SEP> pointe <SEP> du <SEP> mandrin <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 14
<tb> Ouverture <SEP> de <SEP> distribution,pouces(mm) <SEP> 0.024 <SEP> 0.032 <SEP> 0.032 <SEP> 0.02 <SEP> 0.
<SEP> 032 <SEP> 0.024
<tb> (0,609 <SEP> (0,812) <SEP> (0,812) <SEP> (0,609) <SEP> (0,812) <SEP> (0,609)
<tb> Anneau <SEP> sphérique,
<tb> longueur <SEP> x <SEP> largeur,
<tb> pouces <SEP> (mm) <SEP> 0.06 <SEP> x <SEP> 1 <SEP> 0.06 <SEP> x <SEP> 1 <SEP> 0.06 <SEP> x <SEP> 1 <SEP> 0. <SEP> 06 <SEP> x <SEP> 1 <SEP> 0.06 <SEP> x <SEP> 1 <SEP> 0.06 <SEP> x <SEP> 1 <SEP> 524)
<tb> (25,4 <SEP> x <SEP> 1,524) <SEP> (25,4 <SEP> x <SEP> 1,524) <SEP> {25,4 <SEP> x <SEP> 1,524) <SEP> (25,4 <SEP> x <SEP> 1,524) <SEP> (25,4 <SEP> x <SEP> 1,524) <SEP> (25,4 <SEP> x <SEP> 1,524)
<tb> Ouverture <SEP> du <SEP> mandrin <SEP> , <SEP>
<tb> pouces(mm) <SEP> 0.024 <SEP> 0.
<SEP> 032 <SEP> 0.040 <SEP> 0.045 <SEP> 0.032 <SEP> 0.045
<tb> (0,609) <SEP> (0,812) <SEP> (1,016) <SEP> (1,143) <SEP> (0,812) <SEP> (1,143)
<tb> Boudineuse, <SEP> tours/minute <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 6
<tb> Pression <SEP> de <SEP> la <SEP> boudineuse,
<tb> p. <SEP> s.i. <SEP> manométriques <SEP> à
<tb> l'entrée <SEP> de <SEP> l'adaptateur
<tb> (kg/cm2) <SEP> 7000 <SEP> 5500 <SEP> 6500 <SEP> 6500 <SEP> 6500 <SEP> 6500
<tb> (492 <SEP> kg/cm2) <SEP> (385 <SEP> kg/cm2) <SEP> (457 <SEP> kg/cn2) <SEP> (457 <SEP> kg/cm2) <SEP> (457 <SEP> kg/cm2) <SEP> (457 <SEP> kg/cm2) <SEP> . <SEP>
<tb>
Sortie, <SEP> pieds/minute
<tb> (mètres/minute) <SEP> 90 <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 240 <SEP> 280
<tb> (27,3) <SEP> (36,4) <SEP> (36,4) <SEP> (36,4) <SEP> (72,8) <SEP> (85,1)
<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> du
<tb> fil, <SEP> pouces(mm) <SEP> 0.020 <SEP> 0.020 <SEP> 0. <SEP> 020 <SEP> 0. <SEP> 020 <SEP> 0.020 <SEP> 0.020
<tb> ' <SEP> (0,508) <SEP> (0,508) <SEP> (0,508) <SEP> (0,508) <SEP> (0,508) <SEP> (0,508)
<tb>
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TABLEAU II (Suite)
EMI23.1
<tb> Essai, <SEP> ? <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> du
<tb>
EMI23.2
revêtemITt"pouces{::
""nj 0.00 0.040 0,0'JO 0.040 0.0'10 0.040 (12016) (1,016) (1,016) (1,016) (1,016) (1,016}
EMI23.3
<tb> Aspect <SEP> superficiel <SEP> lisse <SEP> lisse <SEP> lisse <SEP> lisse <SEP> lisse <SEP> lisse
<tb> Adhérence <SEP> du
<tb> revêtement <SEP> Excellente, <SEP> Excellente, <SEP> Excellente, <SEP> Excellente, <SEP> Bonne, <SEP> Bonne,
<tb> conforme <SEP> conforme <SEP> aux <SEP> conforme <SEP> aux.
<SEP> conforme <SEP> aux <SEP> conforme <SEP> aux <SEP> conforme
<tb>
EMI23.4
aux ZDécifica- spéeifica- spëcifica- sD6cifica- spécifies.- aux
EMI23.5
<tb> tions <SEP> pour <SEP> un <SEP> tiens <SEP> tions <SEP> tions <SEP> tions <SEP> spécificafil <SEP> d'ordina- <SEP> tions
<tb> teur
<tb> Qualité <SEP> bonne <SEP> bonne <SEP> bonne <SEP> excellente <SEP> bonne <SEP> bonne
<tb>
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La Demanderesse admet qu'il est connu, dans la techni- que, d'employer un écoulement naturel, ainsi qu'une soupape d'étranglement, une soupape 4 pointeau ou un robinet-vanne pour le contrôle de la pression à l'intérieur de l'adaptateur d'une filière d'extrusion. On se référera, par exemple, à "Processing of Thermoplastic Materials", Bernhardt, Reinhold Publishing Corporation,
New York (1950), pages 247-248, D'autres procédés de contrôle de pression sont décrits dans "Modem Plastics", volume 30, numéro lA (Encyclopedia Edition for 1961), page 720, Parmi ces procédés, il y a le procédé à vis sans fin mobile, ainsi que le procédé dans lequel en emploie une soupape à poin- teau sans siège. Toutefois, ces soupapes ont pour but d'augmen- ter la confie-pression à la tête de la joudineuse, de façon à augmenter la quantité d@ travail que la résine subit dans la vis sans fin de la boudineuse et elles n'ont rien à voir av@@ l'objet de la présente invention qui est de contrôler la pres- sion à l'intérieur du corps de filiez lui-même.
Bien que la combinaison d'une vis saris fin mobile dans la boudineuse avec un écoulement naturel dans l'adaptateur d'une filière d'extrusion assure, en fait, le contrôle de la pression à la tête de la boudineuse et le contrôle du volume de résinepassant dans le corps de filière, cette combinaison n'est cependant pas souhaitable pour l'extrusion d'une résine de fluorure de polyvinylidène par suite du manque relatif de souplesse de cette combinaison, Contrairement à la tête d'équer- re de la présente invention, les caractéristiques de distribution des têtes d'équerre de la technique antérieur* doivent, en fait,
être réalisées dans toute la boudinause. Ce système offre très peu de possi@lités de réglage des pressions au cours de 'opéra- tion d'extrusion. De plus, au goure du fonctionnement de la bou- dîneuse avec les têtes d'équerre connues, la vis sans fin mobile
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doit vaincre l'important cisaillement sur toute la longueur du cylindre rempli de la masse fondue fortement comprimée de fluorure de polyvinylidène.
Les inconvénients de l'emploi d'une soupape d'étrangle- ment, sans siège ou à pointeau dans la section de l'adaptateur , résident principalement dans le fait que l'écoulement naturel ne peut être atteint dans toutes les positions de la soupape et cette dernière sert principalement à contrôler le volume est la pression de la résine passant dans le corps de filière sans résoudre les problèmes de cisaillement dans le corps de filière lui-même pendant l'extrusion de la résine de fluorure de polyvinylidène.
Il est entendu que l'homme de métier peut apporter des modifications à la présente invention sans se départir de son esprit et de son cadre, ces modifications étant également couvertes par la présente invention.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé d'extrusion d'une matière thermoplastique, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer cette matière sous pression à une température supérieure à sa température de transformation, amener cette matière chauffée sous cette pression à une tête de filière comportant, à sa sortie, une filière de façonnage, puis forcer continuellement cette matière à travers la tête de filière et la filière,la matière passant par la tête de filière traversant des zones alternées d'application et de relaxation de tension avant d'atteindre la filière.