Procédé de fabrication de corps de matériau d'emballage en forme de segments sphériques, aptes à s'écouler L'invention concerne un procédé de fabrication de corps de matériau d'emballage , en forme de segments sphériques aptes à s'écouler, en matière synthétique, avec des surfaces convexes vers l'extérieur et concaves vers l'intérieur, procédé dans lequel la matière synthétique fondue est extrudée à travers l'orifice conformateur ou filière d'une boudineuse et dans lequel le boudin de matière plastique qui sort de l'orifice conformateur est découpé en tranches minces par un dispositif de coupe et où les particules découpées sont chauffées et ainsi expansées.
Un procédé de ce genre est connu d'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique (Reissue) 27 243. Dans
ce procédé, le boudin de matière synthétique sortant
de l'orifice conformateur se détend pour atteindre un multiple de son diamètre et il est alors solidifié déjà dans une certaine mesure par refroidissement. Dans cet état, ce boudin est saisi par un dispositif de transport et d'étirage dit "Puller" qui l'introduit dans le dispositif de coupe disposé à la suite de la boudineuse et en même temps l'étiré quelque peu (voir colonne 2,
<EMI ID=1.1> de matière synthétique déjà expansé et solidifié jusqu'à pouvoir se porter lui-même est découpé par ce dis-
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disques plans, c'est-à-dire plats (voir figure 2). La forme en partie sphérique désirée, à surface convexe/concave, s'obtient seulement par l'expansion ultérieure ou post-expansion subie dans une atmosphère de vapeur d'eau chaude immédiatement après le découpage.
L'inconvénient de ce procédé réside dans la nécessité d'emploi de ce que l'on a appelé le "Puller" dont la vitesse doit être soigneusement commandée pour correspondre exactement aussi bien à la vitesse de travail de la boudineuse qu'à celle du dispositif de coupe. Cela nécessite une dépense coûteuse en matière de surveillance et d'entretien. Un autre inconvénient résulte des propriétés du corps de matériau d'emballage ainsi fabriqué. Le fait qu'au moment de la coupe, il s'est produit déjà une certaine solidification de la matière synthétique après l'expansion, entraîne le fait que, lors du découpage, les cellules apparues dans l'expansion subissent un arrachement des deux côtés, si bien qu'il se forme une surface extérieure à cellules ouvertes. Ceci affaiblit la résistance mécanique du corps de matériau d'emballage.
Au surplus, l'expansion ultérieure dans la phase de post-expansion subséquente est influencée défavorablement. De ce fait, le produit final acquiert une densité apparente plus élevée. Le déchirement des cellules individuelles du corps de matériau d'emballage, qui est un corps cellulaire par suite de l'expansion de la matière synthétique, est un inconvénient particulièrement lorsqu'il faut produire des corps cellulaires aussi minces que possible car alors les fissures de la surface, qui se produisent à la suite d'un découpage au cours de la post-expansion, s'étendent éventuellement sur toute l'épaisseur du corps de matériau d'emballage et en fait surtout dans les régions de bord, si bien que l'on obtient un corps de matériau d'emballage dont le bord est déchiqueté, ce qui conduit, lors du traitement du corps, à des déchets pulvérulents.
En outre, le découpage d'un boudin de matière synthétique déjà expansé exige une force mécanique considérable et conduit ainsi à une dépense en matériel , à l'usure de celui-ci et à sa rupture.
C'est donc le but de la présente invention que
de procurer un procédé du genre décrit dans l'introduction, qui conduise de façon autant que possible plus simple, c'est-à-dire sans "Puller", à des corps de matériau d'emballage à densité apparente plus faible et
à forme améliorée. La mise en forme est d'une importance particulière car elle influence l'aptitude à l'écoulement et le blocage mutuel à l'état déversé.
Ce problème est résolu, suivant l'invention, par le fait qu'on découpe, à partir du boudin de matière synthétique (79) sortant de l'orifice conformateur (77) des particules limitées par une surface courbe en raison de la différence de vitesses régnant sur la section transversale de la masse dès l'orifice conformateur et encore avant qu'ait eu lieu une expansion notable de la matière synthétique.
Dans le procédé suivant l'invention, les tranches sont donc découpées du boudin de matière synthétique directement et immédiatement derrière l'orifice conformateur de la boudineuse et en fait - ce qui est d'une grande importance - encore avant que se produise une expansion importante de la matière synthétique . En même temps, alors, la forme de la particule découpée, non encore expansée, a de l'importance.
Comme la matière synthétique, dans le canal, avant l'orifice conformateur, s'écoule plus lentement dans la région de la paroi qu'au milieu, c'est-à-dire par suite de la différence des vitesses qui règnent sur la section transversale de la masse, il se fait que la région Intérieure du boudin de matière synthétique s'écoule avec une vitesse plus élevée, donc pratiquement jaillit de la région intérieure de l'orifice conformateur à l'extrémité de la boudineuse en formant la surface courbée précitée. Le boudin se déplace donc à partir de l'orifice conformateur avec
une surface antérieure convexe. On découpe alors les minces particules lorsqu'aussi la région du bord du boudin sortant de l'orifice conformateur est sortie, et on obtient alors les particules en forme de segments de sphère qui ne sont plus plates comme dans l'état de la technique (figure 2 du brevet des Etats-Unis d'Amérique
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courbée. Cette forme existe donc, comme on l'a dit, déjà avant l'expansion. Ces parties se détendent ensuite, la mise en forme des particules non encore expansées faisant que déjà la première expansion, après la sortie de l'orifice conformateur et après découpage des particules, conduise à une configuration en forme de faucille, en coupe, avec la surface convexe/concave désirée.
Comme le découpage se fait immédiatement après
la sortie de la matière synthétique de l'orifice conformateur et par conséquent avant une expansion et un refroidissement et une solidification correspondants, il ne se produit aucune déchirure irréparable de cellules du corps cellulaire. Le processus de coupe a pour effet de presser en les séparant les unes des autres les cellules précédemment existantes sans blesser leur structure, plutôt que de couper à travers les cellules. Ceci est encore possible en raison de l'état non encore solidifié de la matière synthétique.
De ce fait, l'expansion subséquente peut se produire dans une mesure beaucoup plus grande que cela n'était possible dans l'état de la technique pour produire une dilatation des différentes cellules et ainsi donner lieu à une expansion à grand volume du corps de matière synthétique, avec un poids spécifique faible, donc aussi avec une densité apparente plus faible, en même temps qu'est engendrée , pour la môme raison, une surface intacte très lisse, ce qui donne lieu
à son tour à une conformation améliorée. Ceci à son tour assure l'action de verrouillage souhaitée des différentes parties les unes par les autres après déversement, en raison de la résistance de frottement élevée, de la surface, et évite des formations de fissures et ainsi de déchets pulvérulents.
La demande accessoire,proposée plus haut, d'obtenir de tels corps de matériau d'emballage avec un minimum de frais d'investissement constructifs, est réalisée alors en même temps ,car le "Puller" qui a été évoqué précédemment n'est plus nécessaire,et le dispositif de coupe dont il a été question est soumis à des fatigues mécaniques beaucoup plus faibles car il ne doit plus couper la matière synthétique déjà solidifiée, mais il ne fait pratiquement plus qu'écraser la matière synthétique non solidifiée et pas encore expansée et par conséquent encore extrêmement tendre, ce pourquoi les forces de cisaillement qui apparaissent sont très faibles.
L'invention n'est pas atteinte non plus par le
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soient déjà montrées différentes phases du procédé, car, selon ce brevet, on engendre un granulat dans lequel
les différentes particules ont une forme ovoïde ou cylindrique. Pour autant qu'on réalise une forme ovoïde, c'est-à-dire une forme non cylindrique, cela s'obtient en utilisant une section transversale non circulaire de l'orifice conformateur (page 1, colonne de droite, lignes
81 à 85). Lors du découpage du corps cylindrique, on part du fait que la longueur dont le boudin cylindrique est sorti de l'orifice conformateur lors du découpage, représente 0,5 - 2 et de préférence 0,75 - 1,5 fois le
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65). Il se produit alors, dans chaque cas, des corps pourvus d'une surface convexe des deux cotés et éventuellement aussi, dans certaines circonstances, des corps
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aucun cas des corps de matériau d'emballage à forme de segments sphériques dont l'amélioration constitue le but du présent procédé. Le sens distinctif de l'invention repose, par rapport à cela, sur la manière dont on découpe les particules du boudin de matière synthétique sous une forme déterminée, rendue possible par suite du jaillissement de la matière à partir de l'orifice conformateur, forme déterminée telle que l'expansion subséquente conduise déjà en principe à la mise en forme souhaitée qui, ensuite, dans la post-expansion jouant un rôle actif, est encore renforcée et améliorée.
Un développement avantageux de l'invention prévoit que la matière synthétique fondue soit fractionnée dans la boudineuse de façon à donner une mousse de matière synthétique à petites cellules avant la sortie par l'orifice conformateur. Ainsi se trouve réalisé le fait que, déjà avant la sortie de la matière synthétique, il se produit un effondrement répété des cellules, si bien que l'ensemble de la matière est divisé, découpé, respectivement "fractionné" en un grand nombre de fines particules, si bien que la matière extrudée est un mélange de petites cellules individuelles fermées qui ne se déchirent pas pendant le processus de coupe et qu'ainsi peut se produire, lors de l'expansion subséquente, la dilatation déjà expliquée ,qui est né-cessaire pour atteindre les buts visés.
Un autre développement avantageux de l'invention prévoit que les particules qui se détendent après le découpage, dans la chute libre à travers l'atmosphère
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au moins une autre expansion dans une atmosphère de vapeur d'eau chaude. On prévoit alors, de préférence, que la post-expansion ait lieu après un repos des particules d'environ une heure et demie.
Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention part d'un dispositif comportant une trémie de remplissage, une boudinées?, un dispositif de coupe, une installation de transport, un réservoir d'accumulation et un dispositif de post-expansion.
Suivant l'invention, on prévoit à présent que l'installation de transport transporte dans le réservoir d'accumulation les tranches expansées pendant la chute libre après découpage et recueillies par une trémie, et que le dispositifi de post-expansion soit disposé derrière le réservoir d'accumulation.
Un développement avantageux du dispositif prévoit que le dispositif de coupe comporte une partie de moyeu dans laquelle une lame tranchante est disposée de telle sorte que son tranchant s'étende parallèlement à l'axe
de rotation du moyeu et fasse un angle de 10 à 15 degrés avec une tangente à la trajectoire circulaire autour de l'axe de rotation. Il s'agit là d'une adaptation spéciale de dispositions déjà connues d'après le brevet britanni-
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invention .
Une autre configuration avantageuse réside dans
le fait que la partie de moyeu est formée par deux brides se faisant face, entre lesquelles la lame tranchante est fixée de manière amovible.
L'invention sera décrite plus en détail ci-après sur des exemples de formes de réalisation représentées aux dessins. Sur ceux-ci on voit, en :
- figure 1, une vue en élévation latérale schématique d'un dispositif pour la production de corps de matériau de remplissage cellulaires ;
- figure 2, une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un corps cellulaire obtenu initialement, creux, essentiellement de forme hémisphérique, avant le processus de post-expansion subséquent ;
- figures 3 et 4, des vues en élévation latérale, avec arrachement partiel, de corps cellulaires obtenus initialement, après que se soit produite la post-expansion;
- figure 5, une vue en élévation, avec arrachement partiel, des corps creux essentiellement de forme hémisphérique, qui sont ici engagés les uns dans les autres ;
- figure 6, une vue en plan par-dessus, avec arrachement partiel et vue par transparence qui permet de voir les détails de la structure intérieure des éléments de la boudineuse et du dispositif de coupe du dispositif de fabrication de la figure 1; <EMI ID=9.1> la figure 6 ; - figure 8, une vue partielle, en plan par-dessus, du dispositif de coupe suivant la figure 6, représenté agrandi ; et en
- figure 9, une vue en élévation avec arrachement partiel, considérée suivant la ligne 9-9 de la figure 8.
Le dispositif nécessaire pour la mise en oeuvre
du procédé est représenté schématiquement à la figure 1
et il comporte un dispositif d'extrusion 10 auquel appartient une trémie de remplissage 12 qui contient une réserve de matière thermoplastique susceptible d'être extrudée et expansible, de préférence sous forme de grains de granulat ou de plaquettes. On connaît des matériaux
de ce genre et parmi eux il y a des composés tels que
le polystyrène et d'autres polymères convenables tels
que décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique
2.983.692 ; 2.941.964 ; 2.941.965 ; 3.066.382 et 3.251.728.
Un mélange constitué de 98 % en poids de grains
ou de billes de polystyrène obtenus par extrusion et expansibles, en association avec les agents d'expansion appropriés, s'est montré très avantageux pour le but poursuivi.
L'extrémité 14, rétrécie, du fond de la trémie
de remplissage 12 est en communication avec l'extrémité d'alimentation de la partie constituant la boudineuse,16. La partie 16 qui sera décrite en détail dans la suite comporte une vis de boudineuse (non montrée) à diamètre
de noyau variable , montée pour tourner à l'intérieur d'un cylindre de boudineuse 18 et qui est entraînée par
un moteur électrique 20 par l'intermédiaire d'une trans-mission réductrice 22. Dès que des grains de matière thermoplastique expansibles descendent de la trémie de remplissage dans la partie de boudineuse 16, ils sont transportés par le mouvement de rotation de la vis, de l'extrémité d'alimentation du cylindre 18 jusqu'à proximité de l'extrémité de décharge 14 en direction d'une filière de boudineuse 24. L'ensemble de la matière thermoplastique solide est soumis, dans son mouvement d'avancement provoqué par la vis, à une pression croissante
et cela en raison de la croissance du diamètre du noyau de la vis. En même temps, le mélange est échauffé à une température plus élevée jusqu'à fondre et à passer à l'état liquide et visqueux. Après cela, il est soumis à agitation ou fractionné, par exemple au moyen de tétons
(non montrés) qui sont adaptés à la vis.
La matière fondue est alors pressée pour passer
à travers un orifice situé dans la filière 24 de la boudineuse, donc dans l'outil de pression, et dès qu'elle sort de l'orifice sous forme d'une masse de matière synthétique fondue, elle est divisée en un grand nombre
de tranches minces, de façon continue, par un dispositif de coupe tournant 26. Ce dispositif de coupe 26 coupe directement à l'orifice conformateur ou orifice de la filière , la matière qui en sort. On comprend que la matière thermoplastique fondue contenue dans la filière 24 est soumise à une pression notable. Dans la mesure dans laquelle la matière synthétique fondue quitte la filière,
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trouvent dans la matière , du fait que la matière est soumise à la pression moins élevée de l'atmosphère ambiante, de libérer du gaz et de dilater l'ensemble de
la matière pour former une structure cellulaire dont le diamètre soit un multiple du diamètre de l'orifice.
Une particularité essentielle consiste en ce que l'ensemble thermoplastique expansible est agité au point qu'il se forme une mousse pour produire de ce fait un effondrement répété des cellules, et en ce que l'ensemble de la matière est divisé ou découpé en tranches minces aussitôt qu'il sort de l'orifice à l'état fondu et avant que se soit produite une expansion notable. On obtient ainsi que l'ensemble de la matière ou mélange extrudé se compose de petites cellules uniformes fermées qui, pendant le découpage, ne se déchirent pas, de sorte que là où s'étendent les surfaces de coupe apparaissent des surfaces lisses de cellules fermées. Ainsi, les corps cellulaires peuvent être constitués de parties très minces sans que se présentent les inconvénients évoqués.
A cela s'ajoute le fait que le découpage de la matière extrudée, alors que celle-ci se trouve encore à l'état fondu, diminue notablement l'usure des lames de coupe
ou des tranchants et élimine à peu près totalement les ruptures de lames.
Lorsque les parties minces sont découpées de la matière extrudée, elles sont transportées du dispositif de coupe 26 dans une trémie collectrice 28. Pendant leur mouvement à travers l'air, les parties découpées se détendent rapidement pour donner des corps cellulaires.
Cette expansion s'accompagne d'un refroidissement simultané de sorte que les corps se solidifient à peu de distance derrière la filière de la boudineuse et avant d'arriver à la trémie collectrice 26. Les corps formés de cette façon ont, dans une direction normale au plan de coupe, une épaisseur qui n'est pas uniforme et qui diminue d'une partie centrale du corps vers l'extérieur.
<EMI ID=11.1> tialement, qui, comme cela apparaît à la considération
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cave.
Les corps cellulaires initialement expansés qui sont rassemblés par la trémie collectrice 28 sont trans-
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le haut, dans un réservoir d'accumulation 16. Les particules fabriquées de cette façon peuvent être employées pour différents buts, ainsi par exemple comme matériau d'emballage. Dans leur forme initialement expansée, les corps cellulaires ont cependant une densité apparente qui est trop élevée pour pouvoir employer ces corps comme matériau de remplissage meuble, économique. Pour cette raison, les corps initialement expansés sont expansés
à nouveau dans une atmosphère de vapeur en sorte qu'il se forme un corps cellulaire notablement plus grand qui a une densité apparente plus faible.
Comme il apparaît à la figure 1, les corps 30 initialement expansés sont transportas du réservoir d'ac-
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laquelle les corps ont été amenés sur un transporteur
en mouvement, dans une atmosphère de vapeur. Lorsque
les corps traversent l'unité de post-expansion, jusqu'à arriver à un point de décharge, ils sont sollicités par les conditions d'environnement,caractérisées par une température élevée et par de la vapeur, à prendre des dimensions notablement plus grandes, tout en conservant cependant leur configuration. La figure 3 montre un corps
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initialement expansé est soumis à l'action de vapeur à température élevée.
Après avoir quitté l'unité de post-expansion 42, les corps expansés à nouveau sont amenés à un réservoir d'accumulation 44. Ce réservoir d'accumulation contient de préférence des tissus de tamis ou d'une autre matière à grandes mailles, en sorte qu'une libre circulation de l'air et ainsi un séchage plus facile des corps à nouveau expansés soient possibles.
On soulignera que les corps initialement expansés
30 peuvent être expansés à nouveau immédiatement après leur création. Par le dépôt des corps initialement expansés pendant quelques heures avant leur nouvelle expansion, la mesure de l'expansion est augmentée et l'on obtient par suite une densité apparente plus faible. Un dispositif de registre 46 à l'extrémité de sortie du réservoir d'accumulation 36 permet de rassembler une <EMI ID=16.1>
avant qu'une expansion renouvelée ait lieu.
On peut aussi alors utiliser tels quels les corps nouvellement expansés 38. Il s'est cependant avéré avantageux d'emmagasiner pendant quelques heures ces corps à nouveau expansés , puis de les soumettre à nouveau à une atmosphère de vapeur à température élevée pour augmenter encore de façon importante leurs dimensions et atteindre par conséquent une diminution du poids spécifique apparent. La figure 4a montre un corps 48 expansé deux fois à nouveau, qui s'obtient de la manière
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Comme cela apparaît d'après la figure 6, la partie de boudineuse 16 comporte une enveloppe ou botte d'alimentation 50 qui est reliée à demeure à son extrémité postérieure 52 formée à bride, à l'extrémité de commande de l'ensemble de la transmission réductrice
22. L'extrémité de décharge 14 de la trémie 12 est en communication avec l'alésage 54 et va de là vers le haut à travers l'enveloppe 50. La botte d'alimentation
50 est refroidie par de l'eau s'écoulant en circuit à travers une chambre annulaire 58 entourant l'alésage
54, la chambre annulaire 58 étant reliée à des conduits d'arrivée et de départ 60, respectivement 62, L'enveloppe 50 est ainsi maintenue à une température assez basse pour empêcher l'ensemble de matière thermoplastique de fondre dans l'enveloppe d'alimentation ou dans l'extrémité de décharge de la trémie de remplissage.
L'extrémité à brides avant 64 de l'enveloppe 50 est fixée à l'extrémité à brides arrière du cylindre de boudineuse 18. Le cylindre de boudineuse 18 présente un alésage axial 68 qui s'étend coaxialement à l'alésage 54 et qui a le même diamètre que cet alésage et reçoit la partie avant de la vis 56 de la boudineuse. Comme on peut le voir d'après le dessin, la vis 56 de la boudineuse a un pas constant et un diamètre constant ainsi qu'un diamètre de noyau qui va en augmentant régulièrement de l'extrémité d'alimentation à l'extrémité de décharge de la vis.
L'extrémité à brides avant 72 du cylindre 18 est fixée à l'extrémité à brides arrière 74 de la filière d'extrusion 24. La filière d'extrusion 24 est pourvue d'une forure centrale 76 qui s'étend coaxialement à l'alésage 68 du cylindre de la boudineuse. L'alésage 76 va en se rétrécissant, d'un diamètre qui est en principe égal au diamètre de l'alésage 68, à un diamètre plus petit à l'orifice de sortie 77, lequel détermine le diamètre du matériau extrudé avant son expansion.
Pour commander la température de la matière thermoplastique dans son mouvement vers l'avant, c'està-dire donc dans son mouvement qui, à la figure 6, va vers la droite à travers la forure 68, un conduit 78 d'agent de refroidissement est enroulé en hélice autour du cylindre 18, ce conduit trouvant place dans une rainure pratiquée dans la surface extérieure du cylindre.
L'extrémité arrière du conduit 78 d!agent de refroidissement est raccordée par une vanne de commande 80
à une conduite d'amenée 60. L'extrémité avant du conduit 78 d'agent de refroidissement se termine derrière l'extrémité avant du cylindre 18 de la boudineuse et est en communication par une pièce d'accouplement en forme de T, 82 , et un conduit de sortie 84 , avec la conduite de départ 62.
Un deuxième conduit d'agent de refroidissement
86 est enroulé en hélice autour de l'extrémité avant du cylindre de la boudineuse. Une extrémité de ce conduit est en communication à travers la vanne 88 avec la conduite d'amenée 60, tandis que l'extrémité opposée est reliée par la pièce d'accouplement 82 en forme de T, au conduit de sortie 84.
Une paire d'ensembles chauffants électriques 90 et 92 entourent le conduit d'agent de refroidissement
78 et le cylindre 18 de la boudineuse et on peut les enlever. Comme cela apparaît d'après la figure 7 associée à la figure 6, chaque ensemble chauffant comprend
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matière non conductrice de l'électricité, contenant
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sont reliés l'un à l'autre le long d'un de leurs bords voisins par un système à charnières 94 et le long des bords voisins opposés, par un dispositif de serrage 96. De cette façon, il est facile d'enlever les deux moitiés d'un ensemble chauffant et de les échanger si c'était nécessaire. Un troisième ensemble chauffant 98 qui est de construction analogue entoure la filière 24 en avant de la bride de fixation 74 et on peut l'enlever également.
Chacun des trois ensembles chauffants a une commande réglable qui lui est propre, si bien qu'on peut chauffer chaque zone correspondante de la boudineuse de manière indépendante vis-à-vis de la température des autres zones.
Comme on le voit d'après les figures 8 et 9 associées à la figure 6, le dispositif de coupe 26 comprend un plateau de coupe 100 monté sur l'arbre de sortie 102 d'un moteur électrique 104 de façon à pouvoir commander le nombre de tours de l'arbre et ainsi le nombre de tours du plateau de coupe. Comme on le voit
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d'une paire de parties en forme de brides circulaires opposées 106, qui forment un ensemble unitaire avec une partie de moyeu concentrique 108. Une lame tranchante
110 est fixée de manière amovible de façon à tourner en même temps que le plateau de coupe 100.
Comme on peut le voir aux dessins, les parties d'extrémité des lames 110 sont engagées dans une paire d'ouvertures opposées, analogues à des fentes, dans les parties de brides 106 et y sont bloquées à l'aide d'une paire de vis de serrage 114. La lame tranchante
110 est disposée de façon telle que lors de la rotation du plateau 100, l'arête tranchante 115 de la lame rencontre la masse de matière synthétique fondue 79
(figure 8) lorsque celle-ci sort de l'ouverture de sortie 77 de la filière 24, ce qui fait que la matière synthétique est divisée en parties ou en tranches minces avant qu'ait eu lieu une expansion importante de la matière. On comprend que l'épaisseur de ces tranches dépend de la vitesse linéaire de la matière extrudée fondue, laquelle est commandée par la vis 56
de la boudineuse et dépend du nombre de tours du plateau de coupe 100. Bien qu'on puisse ordinairement faire varier ces deux vitesses, l'épaisseur des tranches découpées est cependant modifiée par le réglage du nombre de tours du moteur 104 du dispositif de coupe.
Comme la masse de la matière synthétique fondue visqueuse qui s'écoule par l'alésage 76 se déplace vers l'avant assez lentement dans la région de la paroi de
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croissant vers le centre de l'alésage, la matière synthétique sortante va, après qu'une casse extrudée ait été rencontrée par la lame tranchante 110 et découpée par celle-ci, jaillir de l'ouverture ou orifice 77 en sorte que la masse 79 soit conformée avec une surface convexe en partie sphérique. L'extrusion poursuivie de la masse de matière synthétique conduit naturellement à engendrer une masse analogue à une barre, une tige, respectivement un boudin. Le nombre de tours du plateau de coupe 100 sera cependant réglé de façon que la matière extrudée soit découpée en parties minces. Chacune de ces parties est limitée par une surface convexe en partie sphérique et notablement plus mince à son pourtour qu'en son centre.
De ce fait, les parties découpées'peuvent se détendre pour donner des corps cellulaires qui présentent la configuration voulue du genre décrit précédemment.
Comme on le voit d'après la figure 1, l'unité
de post-expansion 42 comprend un réservoir creux fermé 120 qui présente des moyens pour l'introduction d'eau au fond du réservoir, par exemple une ouverture d'entrée 122 pourvue d'une vanne. Dans le réservoir se trouve un dispositif de chauffage électrique 124 qui sert
à échauffer l'eau jusqu'à la température d'ébullition et de cette fagon à engendrer dans le réservoir une atmosphère de vapeur. Une plaque 126 à peu près circulaire, perforée, est portée de manière à pouvoir tourner sur un arbre vertical 128 dans le réservoir, cet arbre se prolongeant vers le bas à travers le fond du réservoir. L'extrémité inférieure de l'arbre 128
est reliée à un moteur électrique d'entraînement 132 par l'intermédiaire d'une transmission 130.
Dans le réservoir 120 est montée, au-dessus de la plaque perforée 126 et près de celle-ci, une pale
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d'une extrémité du réservoir vers l'intérieur pour rencontrer les corps cellulaires initialement expansés qui ont été déposés précédemment sur la plaque par le
<EMI ID=23.1> cellulaires aient été soumis à l'atmosphère de vapeur dans le réservoir 120, alors qu'ils se trouvaient sur la plaque 126 et tournaient avec celle-ci, ils sont
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bas à travers une ouverture 140 située dans la paroi frontale du réservoir. Du réservoir 120, ils sont transportés dans le réservoir d'accumulation 44 à l'aide d'une soufflerie 142 et du conduit 144 qui lui est associé.Comme on l'a déjà évoqué ci-dessus, les corps cellulaires expansés à nouveau sont entreposés de préférence pendant plusieurs heures dans le réservoir d'accumulation 44 et ensuite, par le fait qu'ils sont exposés une seconde fois à une atmosphère de vapeur dans un récipient analogue à l'unité d'expansion 42, ils sont expansés une nouvelle fois.
Le mode de fonctionnement du procédé suivant l'invention et du dispositif employé pour sa mise en oeuvre sera exposé plus complètement ci-après. On mélange des billes de polystyrène expansibles (Dylite KFP
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nate d'ammonium qui a été mélangé à du talc et agité,
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de pigment bleu, et elles sont transférées à la tré-
mie d'alimentation 12 du dispositif d'extrusion 10. La
vis de boudineuse du dispositif 10 a une longueur d'environ 50 cm et présente un diamètre de 2,54 cm. Le moteur 20 est réglé de telle façon que le nombre de tours
de la vis s'élève à environ 100 tours/minute. L'ori-
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L'écoulement du milieu de refroidissement à travers la chambre 58 est réglé de telle façon qu'à l'extrémité d'alimentation de la vis règne une température
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de commande 80 sont réglés de telle sorte qu'il vienne
à régner une température d'environ 104[deg.]C dans la zone du cylindre 18 qui se trouve à côté de l'ensemble chauffant 90 et, de manière analogue, la température dans
la zone proche de l'ensemble chauffant 92 est réglée
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nute.
Dans ces conditions, on produit des corps cellulaires 30 qui ont une configuration de corps creux en principe hémisphériques, comme on peut le voir à la figure 2, le diamètre étant d'environ 1,27 cm. Les corps cellulaires initialement expansés ont un poids spécifique apparent de 32,06 kg/m1 que l'on mesure par pesée d'un récipient taré de volume connu après qu'il ait été rempli de corps cellulaires qui ont été tassés en les secouant modérément, puis qu'on remplit à nouveau et qu'on resserre à nouveau jusqu'à ce qu'il ne se produise plus de nouveau tassement.
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fabriqués de cette façon, sont tenus en dépôt pendant environ 5 heures , après quoi ils sont soumis à la vapeur d'eau sous la pression atmosphérique pendant en-
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qui ont été expansés à nouveau immédiatement après leur mise en forme présentent un poids spécifique apparent
<EMI ID=32.1>
Les corps 38 expansés à nouveau sont remis en dépôt pendant environ quatre heures et demie, puis soumis à nouveau à la vapeur pendant 1,25 minute sous la pression atmosphérique. Les corps 48 expansés une fois de plus, que l'on obtient, ont une configuration analogue à celle de la figure 4a, avec un diamètre d'environ 25,4 mm et un poids spécifique apparent d'environ 4,81 kg/m<3>,
Dans l'exploitation du dispositif, que l'on vient de décrire, différents facteurs ont une influence favorable ou désavantageuse sur les propriétés des produits obtenus. Lorsque la masse fondue de matière thermoplastique quitte la filière, présentant-en raison de l'agitation et de la formation de mousse qui a eu lieu avant le processus d'extrusion - une structure cellulaire qui se caractérise par de petites cellules fermées et uniformes, une pression diminuée permet à la structure cellulaire de se dilater davantage. Pour obtenir la configuration voulue, il est important que la matière fondue extrudée soit découpée aussi près que possible
de l'orifice de sortie 77 de la filière 24, en sorte que la division. de la matière synthétique se produise avant qu'une quelconque expansion sensible ait eu lieu. Ainsi, comme cela apparaît à nouveau d'après les figures 8 et 9, la surface 81 de la filière 24 est conformée de telle sorte qu'elle s'adapte au parcours en arc de cercle indiqué en traits mixtes par la ligne 46, que décrit l'arête tranchante 116 de la lame 110. Bien qu'à la figure 9, le parcours 146 soit représenté;pour la clarté du dessin, très légèrement en avant de la surface 81, la filière 24 et le plateau de coupe 100 sont de préférence agencés de telle façon que l'arête 116 racle légèrement la surface frontale de la filière.
A cela s'ajoute le fait qu'il s'est avéré avantageux de fixer la lame tranchante 110 dans le plateau
10 de telle façon qu'elle soit inclinée sous un angle
A d'environ 10 à 15 degrés sur une tangente au parcours
146 à l'endroit de l'arête 116.
Comme cela a déjà été évoqué, l'épaisseur des tranches ou parties découpées de la matière fondue extrudée dépend du rapport existant entre le mouvement linéaire de la matière thermoplastique fondue qui sort de l'orifice 77 et le nombre de tours de la lame tranchante. Chacun de ces facteurs ou les deux peut (peuvent) être réglé(s) de telle sorte que soit engendré un corps cellulaire initialement expansé qui présente la confi-guration voulue. Lorsque la partie de matière découpée de la matière extrudée qui sort est trop mince, les corps qui se produisent conservent un diamètre plus
<EMI ID=33.1>
qui fait que le poids spécifique apparent augmente à nouveau. Une partie de recouvrement épaisse de matière extrudée donne un corps qui a une configuration principalement en forme de lentille.
Un autre facteur qui est important pour les propriétés du produit fini est le degré d'échauffement de la matière thermoplastique dans la boudineuse. C'est ainsi, par exemple, qu'on a trouvé que lorsque la température de la matière fondue est trop élevée, les parties découpées se détendent rapidement mais conduisent à une mousse qui présente à l'intérieur des cellules déchirées et qui a une résistance affaiblie. Lorsque, d'autre part, la température de la matière fondue est trop basse, l'expansion initiale ne suffit pas à produire un corps ayant une configuration essentiellement hémisphérique.
A cela s'ajoute que le degré d'expansion des corps cellulaires dans l'unité de post-expansion varie avec l'intervalle de temps pendant lequel les corps sont soumis à la température élevée de l'atmosphère de vapeur. Lorsque le temps d'action est trop long, l'expansion excessive de la mousse peut conduire à des corps qui s'effondrent, rendant le produit inapte à jouer le rôle de matière de remplissage meuble pour des emballages.
Il est connu au surplus que la mise en dépôt
des corps initialement expansés au-delà d'environ une heure et demie, mais de préférence d'environ 4 à 8 heures avant la post-expansion, donne des corps expansés
à nouveau dans l'atmosphère de vapeur qui ont une dimension plus grande et par conséquent un poids spécifique apparent plus faible que des corps expansés à nouveau qui sont soumis à la post-expansion immédiatement après leur formation. On admet que ceci est une conséquence de la diffusion de l'agent gonflant , de la matière synthétique solidifiée dans les cellules,formées initialement, de la mousse, qui sont le siège d'un vide partiel immédiatement après l'expansion initiale. De
la même manière, par la mise en dépôt des corps cellulaires expansés à nouveau, pendant de préférence 4 à 8 heures , après quoi a lieu un deuxième séjour dans une atmosphère de vapeur, sont produits des corps expansés de façon répétée, qui ont un poids spécifique apparent encore plus faible. Le produit fabriqué suivant l'invention est un corps de mousse cellulaire qui possède une peau extérieure essentiellement ininterrompue qui forme avec la mousse cellulaire un tout intégral et la recouvre. Comme déjà dit précédemment et comme on le voit à la figure 5, des objets d'une telle configuration peuvent couler librement, par exemple s'écouler d'un réservoir d'entreposition, pour ainsi remplir complètement un récipient d'expédition, tout autour d'un objet se trouvant dans ce récipient.
D'autre part, les parties, lorsqu'elles sont secouées'ensemble, ont tendance à s'interpénétrer ou à s'engager les unes dans
les autres. Ainsi, dans une masse de matériau d'emballage constituée d'un grand nombre de tels corps dans lesquels plusieurs ont sensiblement la même grandeur, les parties convexes d'au moins certains de ces corps sont disposées en sorte de venir s'appliquer sur le pourtour des parties concaves de corps voisins, sans être reprises complètement dans les parties concaves. Une telle disposition est montrée par exemple à la figure 5, la partie convexe d'un corps de forme en principe hémisphérique 150 portant sur le pourtour de la partie concave d'un corps analogue 152. Comme le rayon de courbure de la partie convexe d'un tel corps est plus grand que le rayon de courbure de la partie concave, les parties ne s'adaptent pas parfaitement les unes aux autres si bien que demeurent entre elles des espaces creux, comme indiqué par exemple en 154.
On comprend que des espaces creux de ce genre mènent à une diminution du poids spécifique apparent d'une telle matière.
En plus des propriétés du matériau d'emballage décrit ici, qui concernent le non déplacement relatif
et le non tassement, les forces de frottement superficielles élevées connues de la matière expansée conduisent à un renforcement du contact entre corps butant
les uns contre les autres, qui s'oppose à un déplacement relatif dès qu'on comprime une masse de matériau de
ce genre.
La désignation adoptée ici,de corps cellulaires
<EMI ID=34.1>
corps cellulaires qui ont une configuration de forme véritablement hémisphérique, comme on peut le voir par exemple à la figure 4a. Au surplus, il faut entendre par ces expressions des corps aussi qui s'écartent quelque peu, vers le haut ou vers le bas, de cette configuration de forme véritablement hémisphérique, comme
le montrent par exemple les figures 4b et 4c. Par ailleurs, les parties de matière synthétique expansées peuvent avoir une forme ovale ou en forme d'oeuf ou
une forme irrégulière. De tels corps de forme irrégulière peuvent également, dans le sens de la détermination de la définition donnée ici, être considérés comme de forme en principe hémisphérique.
Parmi les autres configurations possibles, il
y a celle que l'on appelle 'analogue à des coussins" qui se caractérise par le fait qu'elle forme des corps en principe triangulaires à coins arrondis et qui ont une section dont l'épaisseur va en croissant, des bords opposés vers le milieu,
En dehors des matières synthétiques ou combinaisons de matières synthétiques précitées, on peut aussi employer d'autres matières synthétiques capables de subir une expansion, les conditions de température indiquées devant être modifiées pour s'adapter aux propriétés physiques du matériau considéré chaque fois.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de fabrication de corps de matériau
<EMI ID=35.1>
à s'écouler, en matière synthétique, avec des surfaces convexes vers l'extérieur (30a) et concaves vers l'intérieur (30b), procédé dans lequel la matière synthétique fondue est extrudée à travers l'orifice conformateur ou filière (77) d'une boudineuse (16) et dans lequel le boudin de matière plastique (79) qui sort de l'orifice conformateur est découpé en tranches minces par un dispositif de coupe (26) et où les particules
<EMI ID=36.1>
ractérisé en ce qu'on découpe, à partir du boudin de matière synthétique (79) sortant de l'orifice conformateur (77) des particules limitées par une surface courbe en raison de la différence de vitesses régnant sur la section transversale de la masse, dès l'orifice conformateur (77) et avant encore qu'ait eu lieu une expansion notable de la matière synthétique.
The invention relates to a method for manufacturing bodies of packaging material, in the form of spherical segments capable of flowing, out of material. synthetic, with surfaces convex towards the outside and concave on the inside, process in which the molten synthetic material is extruded through the shaping or die orifice of a extruder and in which the plastic strand that comes out of the he shaping orifice is cut into thin slices by a cutting device and where the cut particles are heated and thus expanded.
A process of this kind is known from United States patent (Reissue) 27,243.
this process, the plastic rod coming out
of the shaping orifice expands to reach a multiple of its diameter and it is then already solidified to some extent by cooling. In this state, this rod is gripped by a transport and stretching device called "Puller" which introduces it into the cutting device placed after the extruder and at the same time somewhat stretched it (see column 2 ,
<EMI ID = 1.1> of synthetic material already expanded and solidified until it can wear itself is cut by this dis-
<EMI ID = 2.1>
flat discs, that is to say flat discs (see Figure 2). The partly spherical shape desired, with a convex / concave surface, is obtained only by the subsequent expansion or post-expansion undergone in an atmosphere of hot water vapor immediately after cutting.
The disadvantage of this process lies in the need to use what has been called the "Puller" whose speed must be carefully controlled to correspond exactly as well to the working speed of the extruder as that of the cutting device. This requires an expensive expense for monitoring and maintenance. Another drawback results from the properties of the body of packaging material thus produced. The fact that at the time of cutting, a certain solidification of the synthetic material has already occurred after the expansion, results in the fact that, during cutting, the cells which appeared in the expansion undergo tearing from both sides , so that an open cell exterior surface is formed. This weakens the mechanical strength of the packaging material body.
Furthermore, the subsequent expansion in the subsequent post-expansion phase is adversely affected. As a result, the final product acquires a higher bulk density. The tearing of the individual cells of the body of packaging material, which is a cell body as a result of the expansion of the synthetic material, is a disadvantage particularly when it is necessary to produce cell bodies as thin as possible because then the cracks of the surface, which occurs as a result of cutting during post-expansion, may extend over the entire thickness of the body of packaging material and in fact especially in the edge regions, so that a body of packaging material is obtained whose edge is shredded, which leads, during the treatment of the body, to pulverulent waste.
In addition, the cutting of an already expanded plastic rod requires considerable mechanical force and thus leads to an expense in material, wear thereof and breakage.
It is therefore the aim of the present invention that
to provide a process of the kind described in the introduction, which results in as simple as possible, that is to say without "pulling", bodies of packaging material with a lower apparent density and
improved shape. The shaping is of particular importance because it influences the flowability and mutual blocking in the spilled state.
This problem is solved, according to the invention, by the fact that, from the plastic rod (79) leaving the shaping orifice (77), particles are limited limited by a curved surface due to the difference in speeds prevailing on the cross section of the mass from the shaping orifice and again before a significant expansion of the synthetic material has taken place.
In the process according to the invention, the slices are therefore cut from the plastic rod directly and immediately behind the shaping orifice of the extruder and in fact - which is of great importance - still before a significant expansion occurs synthetic material. At the same time, then, the shape of the cut particle, not yet expanded, matters.
As the synthetic material, in the channel, before the shaping orifice, flows more slowly in the region of the wall than in the middle, that is to say as a result of the difference in speeds which prevail over the section transverse of the mass, it happens that the Inner region of the plastic rod flows with a higher speed, therefore practically springs from the internal region of the shaping orifice at the end of the extruder, forming the curved surface cited above. The flange therefore moves from the shaping orifice with
a convex anterior surface. The thin particles are then cut when also the region of the edge of the rod leaving the shaping orifice is out, and the particles are then obtained in the form of sphere segments which are no longer flat as in the prior art ( Figure 2 of the United States of America patent
<EMI ID = 3.1>
curved. This form therefore exists, as we have said, already before expansion. These parts then relax, the shaping of the particles not yet expanded so that already the first expansion, after leaving the shaping orifice and after cutting the particles, leads to a sickle-shaped configuration, in section, with the desired convex / concave surface.
As the cutting is done immediately after
the exit of the synthetic material from the shaping orifice and therefore before an expansion and a corresponding cooling and solidification, there is no irreparable tearing of cells of the cell body. The effect of the cutting process is to squeeze the previously existing cells apart from each other without hurting their structure, rather than cutting through the cells. This is still possible due to the not yet solidified state of the synthetic material.
As a result, the subsequent expansion can occur to a much greater extent than was possible in the prior art to produce dilation of the different cells and thus give rise to large volume expansion of the body of synthetic material, with a low specific weight, therefore also with a lower apparent density, at the same time that is generated, for the same reason, an intact surface very smooth, which gives rise
in turn to an improved conformation. This in turn ensures the desired locking action of the different parts together after spillage, due to the high frictional resistance of the surface, and prevents the formation of cracks and thus of pulverulent waste.
The incidental request, proposed above, to obtain such bodies of packaging material with a minimum of constructive investment costs, is then made at the same time, because the "Puller" which was mentioned previously is no longer necessary, and the cutting device in question is subjected to much lower mechanical fatigue because it no longer has to cut the already solidified synthetic material, but it practically only crushes the non-solidified synthetic material and not yet expanded and therefore still extremely tender, which is why the shear forces which appear are very low.
The invention is also not achieved by the
<EMI ID = 4.1>
are already shown different phases of the process, because, according to this patent, a granulate is generated in which
the different particles have an ovoid or cylindrical shape. Provided that an ovoid shape, that is to say a non-cylindrical shape, is obtained by using a non-circular cross section of the shaping orifice (page 1, right column, lines
81 to 85). When cutting the cylindrical body, it is assumed that the length of which the cylindrical rod has left the shaping orifice during cutting, represents 0.5 - 2 and preferably 0.75 - 1.5 times the
<EMI ID = 5.1>
65). In each case, then, there are bodies provided with a convex surface on both sides and possibly also, in certain circumstances, bodies
<EMI ID = 6.1>
no case of bodies of packaging material in the form of spherical segments whose improvement constitutes the aim of the present process. The distinctive meaning of the invention is based, in relation to this, on the way in which the particles of the rod of synthetic material are cut in a determined form, made possible as a result of the gushing of the material from the conforming orifice, determined such that the subsequent expansion already leads in principle to the desired shaping which, then, in the post-expansion playing an active role, is further reinforced and improved.
An advantageous development of the invention provides that the molten synthetic material is fractionated in the extruder so as to give a foam of synthetic material with small cells before exiting through the shaping orifice. Thus is realized the fact that already before the exit of the synthetic material, there occurs a repeated collapse of the cells, so that the whole of the material is divided, cut, respectively "fractionated" into a large number of fines particles, so that the extruded material is a mixture of small, closed individual cells which do not tear during the cutting process and which, therefore, can occur during the subsequent expansion, the already explained expansion, which is born stop to achieve the goals.
Another advantageous development of the invention provides that the particles which relax after cutting, in free fall through the atmosphere
<EMI ID = 7.1>
at least one more expansion in an atmosphere of hot water vapor. It is then preferably provided that the post-expansion takes place after the particles have rested for about an hour and a half.
A device for implementing the method according to the invention starts from a device comprising a filling hopper, a flange ?, a cutting device, a transport installation, an accumulation tank and a post-expansion device .
According to the invention, provision is now made for the transport installation to transport the expanded wafers during the free fall after cutting and collected by a hopper into the accumulation tank, and for the post-expansion device to be disposed behind the tank. accumulation.
An advantageous development of the device provides that the cutting device comprises a hub part in which a cutting blade is arranged so that its cutting edge extends parallel to the axis
of rotation of the hub and make an angle of 10 to 15 degrees with a tangent to the circular path around the axis of rotation. This is a special adaptation of provisions already known from the British patent.
<EMI ID = 8.1>
invention.
Another advantageous configuration is
the fact that the hub part is formed by two flanges facing each other, between which the cutting blade is removably fixed.
The invention will be described in more detail below on examples of embodiments shown in the drawings. On these we see, in:
- Figure 1, a schematic side elevational view of a device for the production of bodies of cellular filling material;
- Figure 2, an elevational view, partially broken away, of a cell body obtained initially, hollow, essentially hemispherical, before the subsequent post-expansion process;
- Figures 3 and 4, side elevational views, partially broken away, of cell bodies obtained initially, after the post-expansion has occurred;
- Figure 5, an elevational view, partially broken away, of the hollow bodies essentially of hemispherical shape, which are here engaged in each other;
- Figure 6, a plan view from above, with partial cutaway and view by transparency which allows to see the details of the internal structure of the elements of the extruder and the cutting device of the manufacturing device of Figure 1; <EMI ID = 9.1> Figure 6; - Figure 8, a partial view, in plan from above, of the cutting device according to Figure 6, shown enlarged; and in
- Figure 9, an elevational view with partial cutaway, seen along line 9-9 of Figure 8.
The device necessary for the implementation
of the process is shown schematically in Figure 1
and it comprises an extrusion device 10 to which belongs a filling hopper 12 which contains a reserve of thermoplastic material capable of being extruded and expandable, preferably in the form of granules or granules. We know materials
of this kind and among them there are compounds such as
polystyrene and other suitable polymers such as
as described in the patents of the United States of America
2,983,692; 2,941,964; 2,941,965; 3,066,382 and 3,251,728.
A mixture consisting of 98% by weight of grains
or polystyrene beads obtained by extrusion and expandable, in combination with the appropriate blowing agents, has proved to be very advantageous for the aim pursued.
The narrowed end 14 of the bottom of the hopper
filling 12 is in communication with the supply end of the part constituting the extruder, 16. Part 16 which will be described in detail in the following comprises a extruder screw (not shown) with a diameter
of variable core, mounted to rotate inside a extruder cylinder 18 and which is driven by
an electric motor 20 by means of a reducing transmission 22. As soon as grains of expandable thermoplastic material descend from the filling hopper into the extruder part 16, they are transported by the rotational movement of the screw, from the supply end of the cylinder 18 to near the discharge end 14 in the direction of a extruder die 24. The whole of the solid thermoplastic material is subjected, in its advancing movement caused by the screw, at increasing pressure
and this due to the growth of the diameter of the core of the screw. At the same time, the mixture is heated to a higher temperature until it melts and becomes liquid and viscous. After that, it is stirred or fractionated, for example by means of nipples
(not shown) which are suitable for the screw.
The melt is then pressed to pass
through an orifice located in the die 24 of the extruder, therefore in the pressure tool, and as soon as it leaves the orifice in the form of a mass of molten synthetic material, it is divided into a large number
thin slices, continuously, by a rotating cutting device 26. This cutting device 26 cuts directly to the shaping orifice orifice of the die, the material which leaves therefrom. It is understood that the molten thermoplastic material contained in the die 24 is subjected to a significant pressure. To the extent that the molten synthetic material leaves the industry,
<EMI ID = 10.1>
found in the material, because the material is subjected to the lower pressure of the ambient atmosphere, to release gas and to expand the assembly of
the material to form a cellular structure whose diameter is a multiple of the diameter of the orifice.
An essential feature is that the expandable thermoplastic assembly is agitated to the point that a foam is formed to thereby produce repeated collapse of the cells, and that all of the material is divided or sliced thin as soon as it leaves the orifice in the molten state and before a notable expansion has taken place. It is thus obtained that the whole of the extruded material or mixture consists of small uniform closed cells which, during cutting, do not tear, so that where the cutting surfaces extend appear smooth surfaces of closed cells . Thus, the cell bodies can be made up of very thin parts without the disadvantages mentioned being present.
Added to this is the fact that cutting the extruded material, while it is still in the molten state, significantly reduces the wear of the cutting blades.
or sharp edges and virtually eliminates broken blades.
When the thin parts are cut from the extruded material, they are transported from the cutting device 26 in a collecting hopper 28. During their movement through the air, the cut parts rapidly expand to give cell bodies.
This expansion is accompanied by simultaneous cooling so that the bodies solidify a short distance behind the extruder die and before reaching the collecting hopper 26. The bodies formed in this way have, in a normal direction at the cutting plane, a thickness which is not uniform and which decreases from a central part of the body towards the outside.
<EMI ID = 11.1> originally, which, as it appears for consideration
<EMI ID = 12.1>
cellar.
The initially expanded cell bodies which are collected by the collecting hopper 28 are trans-
<EMI ID = 13.1>
above, in an accumulation tank 16. The particles produced in this way can be used for different purposes, for example as packaging material. In their initially expanded form, however, the cell bodies have an apparent density which is too high to be able to use these bodies as a loose, economical filling material. For this reason, the initially expanded bodies are expanded
again in a vapor atmosphere so that a significantly larger cell body is formed which has a lower bulk density.
As shown in Figure 1, the initially expanded bodies 30 are transported from the storage tank.
<EMI ID = 14.1>
which the bodies were brought on a transporter
in motion, in an atmosphere of vapor. When
the bodies pass through the post-expansion unit, until they reach a point of discharge, they are stressed by the environmental conditions, characterized by a high temperature and by steam, to take significantly larger dimensions, while retaining their configuration, however. Figure 3 shows a body
<EMI ID = 15.1>
initially expanded is subjected to the action of steam at high temperature.
After leaving the post-expansion unit 42, the expanded bodies again are brought to an accumulation tank 44. This accumulation tank preferably contains sieve fabrics or other material with large mesh, in so that free circulation of air and thus easier drying of the re-expanded bodies is possible.
It will be emphasized that the bodies initially expanded
30 can be expanded again immediately after creation. By depositing the initially expanded bodies for a few hours before their new expansion, the measurement of the expansion is increased and a lower apparent density is consequently obtained. A register device 46 at the outlet end of the accumulation tank 36 makes it possible to collect a <EMI ID = 16.1>
before a renewed expansion takes place.
It is also then possible to use the newly expanded bodies 38 as is. It has however proved advantageous to store these newly expanded bodies for a few hours, then to subject them again to an atmosphere of steam at high temperature to further increase significantly their dimensions and therefore achieve a decrease in the apparent specific weight. Figure 4a shows a body 48 expanded twice again, which is obtained in the manner
<EMI ID = 17.1>
As appears from FIG. 6, the extruder part 16 comprises an envelope or supply boot 50 which is permanently connected to its rear end 52 formed with a flange, to the control end of the assembly of the reduction transmission
22. The discharge end 14 of the hopper 12 is in communication with the bore 54 and goes from there upwards through the casing 50. The feed boot
50 is cooled by water flowing in circuit through an annular chamber 58 surrounding the bore
54, the annular chamber 58 being connected to inlet and outlet conduits 60, respectively 62, the envelope 50 is thus maintained at a temperature low enough to prevent the assembly of thermoplastic material from melting in the envelope feed or into the discharge end of the filling hopper.
The front flanged end 64 of the casing 50 is fixed to the rear flanged end of the extruder cylinder 18. The extruder cylinder 18 has an axial bore 68 which extends coaxially with the bore 54 and which has the same diameter as this bore and receives the front part of the screw 56 of the extruder. As can be seen from the drawing, the screw 56 of the extruder has a constant pitch and a constant diameter as well as a core diameter which increases steadily from the supply end to the discharge end of the screw.
The front flange end 72 of the cylinder 18 is fixed to the rear flange end 74 of the extrusion die 24. The extrusion die 24 is provided with a central bore 76 which extends coaxially to the bore 68 of the extruder cylinder. The bore 76 tapers, from a diameter which is in principle equal to the diameter of the bore 68, to a smaller diameter at the outlet orifice 77, which determines the diameter of the extruded material before its expansion.
To control the temperature of the thermoplastic material in its forward movement, that is to say therefore in its movement which, in Figure 6, goes to the right through the hole 68, a conduit 78 of coolant is wound helically around the cylinder 18, this conduit finding place in a groove formed in the outer surface of the cylinder.
The rear end of the coolant conduit 78 is connected by a control valve 80
to a supply line 60. The front end of the coolant line 78 ends behind the front end of the cylinder 18 of the extruder and is in communication by a T-shaped coupling part, 82, and an outlet pipe 84, with the outlet pipe 62.
A second coolant conduit
86 is wound in a helix around the front end of the cylinder of the extruder. One end of this pipe is in communication through the valve 88 with the supply pipe 60, while the opposite end is connected by the T-shaped coupling piece 82 to the outlet pipe 84.
A pair of electric heater assemblies 90 and 92 surround the coolant conduit
78 and the cylinder 18 of the extruder and they can be removed. As appears from FIG. 7 associated with FIG. 6, each heating assembly comprises
<EMI ID = 18.1>
non-electrically conductive material, containing
<EMI ID = 19.1>
are connected to each other along one of their neighboring edges by a hinged system 94 and along the opposite neighboring edges, by a clamping device 96. In this way, it is easy to remove the two halves of a heater assembly and swap them out if necessary. A third heating assembly 98 which is of similar construction surrounds the die 24 in front of the fixing flange 74 and can also be removed.
Each of the three heating assemblies has its own adjustable control, so that each corresponding zone of the extruder can be heated independently with respect to the temperature of the other zones.
As seen from Figures 8 and 9 associated with Figure 6, the cutting device 26 comprises a cutting plate 100 mounted on the output shaft 102 of an electric motor 104 so as to be able to control the number turns of the shaft and thus the number of turns of the cutting deck. As one can see
<EMI ID = 20.1>
of a pair of parts in the form of opposite circular flanges 106, which form a unitary assembly with a concentric hub part 108. A sharp blade
110 is removably fixed so as to rotate at the same time as the cutting deck 100.
As can be seen in the drawings, the end portions of the blades 110 are engaged in a pair of opposite apertures, similar to slots, in the flange portions 106 and are locked therein by means of a pair of clamping screw 114. The sharp blade
110 is arranged in such a way that during the rotation of the plate 100, the cutting edge 115 of the blade meets the mass of molten synthetic material 79
(Figure 8) when it leaves the outlet opening 77 of the die 24, so that the synthetic material is divided into parts or thin sections before a significant expansion of the material has taken place. It is understood that the thickness of these slices depends on the linear speed of the molten extruded material, which is controlled by the screw 56
of the extruder and depends on the number of revolutions of the cutting deck 100. Although these two speeds can usually be varied, the thickness of the cut slices is however modified by adjusting the number of revolutions of the motor 104 of the cutting device .
As the mass of the viscous molten synthetic material flowing through bore 76 moves relatively slowly forward in the region of the
<EMI ID = 21.1>
increasing towards the center of the bore, the outgoing synthetic material will, after an extruded breakage has been encountered by the cutting blade 110 and cut by it, spring from the opening or orifice 77 so that the mass 79 be shaped with a partly spherical convex surface. The continued extrusion of the mass of synthetic material naturally leads to the creation of a mass similar to a bar, a rod, or a rod, respectively. The number of revolutions of the cutting deck 100 will however be adjusted so that the extruded material is cut into thin parts. Each of these parts is limited by a convex surface that is partly spherical and notably thinner at its periphery than at its center.
Therefore, the cut parts can relax to give cell bodies which have the desired configuration of the kind described above.
As seen from Figure 1, the unit
post-expansion 42 comprises a closed hollow tank 120 which has means for introducing water to the bottom of the tank, for example an inlet opening 122 provided with a valve. In the tank there is an electric heater 124 which serves
to heat the water to the boiling temperature and in this way to generate in the tank a vapor atmosphere. An approximately circular, perforated plate 126 is carried so as to be able to rotate on a vertical shaft 128 in the tank, this shaft extending downward through the bottom of the tank. The lower end of the tree 128
is connected to an electric drive motor 132 via a transmission 130.
In the reservoir 120 is mounted, above and near the perforated plate 126, a blade
<EMI ID = 22.1>
from one end of the tank inward to meet the initially expanded cell bodies which were previously deposited on the plate by the
<EMI ID = 23.1> cells have been subjected to the vapor atmosphere in the tank 120, while they were on the plate 126 and turned with it, they are
<EMI ID = 24.1>
down through an opening 140 located in the front wall of the tank. From the reservoir 120, they are transported to the accumulation reservoir 44 using a blower 142 and the conduit 144 which is associated with it. As already mentioned above, the expanded cellular bodies are again preferably stored for several hours in the accumulation tank 44 and then, by the fact that they are exposed a second time to a vapor atmosphere in a container similar to the expansion unit 42, they are expanded again time.
The mode of operation of the method according to the invention and of the device used for its implementation will be explained more fully below. Expandable polystyrene beads (Dylite KFP)
<EMI ID = 25.1>
ammonium nate which has been mixed with talc and stirred,
<EMI ID = 26.1>
of blue pigment, and they are transferred to the very
feed crumb 12 of the extrusion device 10. The
device extruder screw 10 has a length of about 50 cm and has a diameter of 2.54 cm. The motor 20 is adjusted so that the number of revolutions
of the screw amounts to approximately 100 revolutions / minute. The ori-
<EMI ID = 27.1>
The flow of the cooling medium through the chamber 58 is adjusted so that at the supply end of the screw a temperature prevails
<EMI ID = 28.1>
80 are set so that it comes
to reign a temperature of approximately 104 [deg.] C in the zone of the cylinder 18 which is located next to the heating assembly 90 and, in a similar manner, the temperature in
the zone close to the heating unit 92 is adjusted
<EMI ID = 29.1>
nute.
Under these conditions, cell bodies 30 are produced which have a basically hemispherical hollow body configuration, as can be seen in FIG. 2, the diameter being approximately 1.27 cm. The initially expanded cell bodies have an apparent specific weight of 32.06 kg / m1 which is measured by weighing a tared container of known volume after it has been filled with cell bodies which have been compacted by shaking them moderately , then fill up again and tighten again until no further settlement occurs.
<EMI ID = 30.1>
manufactured in this way, are kept in deposit for about 5 hours, after which they are subjected to water vapor at atmospheric pressure for
<EMI ID = 31.1>
which have been expanded again immediately after shaping have an apparent specific gravity
<EMI ID = 32.1>
The re-expanded bodies 38 are put back in deposit for approximately four and a half hours, then again subjected to steam for 1.25 minutes at atmospheric pressure. The bodies 48 expanded once more, which are obtained, have a configuration similar to that of FIG. 4a, with a diameter of approximately 25.4 mm and an apparent specific weight of approximately 4.81 kg / m <3>,
In the operation of the device, which has just been described, various factors have a favorable or disadvantageous influence on the properties of the products obtained. When the melt of thermoplastic material leaves the die, presenting - due to the agitation and foaming that took place before the extrusion process - a cellular structure which is characterized by small closed and uniform cells, decreased pressure allows the cellular structure to expand further. To achieve the desired configuration, it is important that the extruded melt is cut as close as possible
of the outlet orifice 77 of the die 24, so that the division. synthetic material occurs before any substantial expansion has taken place. Thus, as appears again from FIGS. 8 and 9, the surface 81 of the die 24 is shaped so that it adapts to the arcuate path indicated in phantom by the line 46, that describes the cutting edge 116 of the blade 110. Although in FIG. 9, the path 146 is shown, for clarity of the drawing, very slightly in front of the surface 81, the die 24 and the cutting deck 100 are preferably arranged such that the edge 116 slightly scrapes the front surface of the die.
Added to this is the fact that it has proven advantageous to fix the cutting blade 110 in the plate.
10 so that it is tilted at an angle
A about 10 to 15 degrees on a tangent to the course
146 at the edge 116.
As already mentioned, the thickness of the slices or cut portions of the extruded molten material depends on the relationship between the linear movement of the molten thermoplastic material which leaves the orifice 77 and the number of revolutions of the cutting blade. Each or both of these factors can (can) be adjusted so that an initially expanded cell body is produced which has the desired configuration. When the cut material portion of the extruded material that comes out is too thin, the bodies that occur retain a larger diameter
<EMI ID = 33.1>
which causes the apparent specific gravity to increase again. A thick covering portion of extruded material gives a body which has a predominantly lens-shaped configuration.
Another factor which is important for the properties of the finished product is the degree of heating of the thermoplastic material in the extruder. Thus, for example, it has been found that when the temperature of the molten material is too high, the cut parts relax quickly but lead to a foam which has inside the torn cells and which has a resistance weakened. When, on the other hand, the temperature of the molten material is too low, the initial expansion is not sufficient to produce a body having an essentially hemispherical configuration.
Added to this is that the degree of expansion of the cell bodies in the post-expansion unit varies with the time interval during which the bodies are subjected to the high temperature of the vapor atmosphere. When the action time is too long, the excessive expansion of the foam can lead to collapsing bodies, rendering the product incapable of playing the role of loose filling material for packaging.
It is also known that the deposit
bodies initially expanded beyond about an hour and a half, but preferably approximately 4 to 8 hours before post-expansion, gives expanded bodies
again in the vapor atmosphere which have a larger dimension and therefore a lower apparent specific gravity than re-expanded bodies which are subjected to post-expansion immediately after their formation. It is admitted that this is a consequence of the diffusion of the swelling agent, of the solidified synthetic material in the cells, initially formed, of the foam, which are the seat of a partial vacuum immediately after the initial expansion. Of
in the same way, by depositing the expanded cellular bodies again, preferably for 4 to 8 hours, after which a second stay in a vapor atmosphere takes place, are produced repeatedly expanded bodies, which have a weight even lower specific specific. The product produced according to the invention is a body of cellular foam which has an essentially uninterrupted outer skin which forms with the cellular foam an integral whole and covers it. As already said above and as seen in Figure 5, objects of such a configuration can flow freely, for example flow from a storage tank, thus completely filling a shipping container, all around an object in this container.
On the other hand, the parts, when shaken together, tend to interpenetrate or engage with each other.
others. Thus, in a mass of packaging material consisting of a large number of such bodies in which several have substantially the same size, the convex parts of at least some of these bodies are arranged so as to come to be applied on the around the concave parts of neighboring bodies, without being completely included in the concave parts. Such an arrangement is shown for example in FIG. 5, the convex part of a body having a hemispherical principle 150 bearing on the periphery of the concave part of a similar body 152. As the radius of curvature of the convex part d 'such a body is larger than the radius of curvature of the concave part, the parts do not adapt perfectly to each other so that there remain hollow spaces between them, as indicated for example in 154.
It is understood that hollow spaces of this kind lead to a reduction in the apparent specific weight of such a material.
In addition to the properties of the packaging material described here, which relate to the relative non-displacement
and non-compaction, the known high surface friction forces of the expanded material lead to a reinforcement of the contact between the abutment body
against each other, which opposes a relative displacement as soon as a mass of material is compressed
this genre.
The designation adopted here of cell bodies
<EMI ID = 34.1>
cell bodies which have a truly hemispherical shape configuration, as can be seen for example in Figure 4a. In addition, these expressions must also be understood to mean bodies which deviate somewhat, upwards or downwards, from this configuration of truly hemispherical form, as
show for example Figures 4b and 4c. Furthermore, the parts of expanded synthetic material may have an oval or egg-shaped shape or
an irregular shape. Such irregularly shaped bodies may also, in the sense of determining the definition given here, be considered to be in principle hemispherical in shape.
Among the other possible configurations, it
there is that which is called "analogous to cushions" which is characterized by the fact that it forms bodies in principle triangular with rounded corners and which have a section whose thickness is increasing, from the opposite edges towards the middle,
Apart from the aforementioned plastics or combinations of plastics, other plastics capable of undergoing expansion can also be used, the temperature conditions indicated having to be modified to adapt to the physical properties of the material considered each time.
CLAIMS
1.- Manufacturing process for material bodies
<EMI ID = 35.1>
flowing, in synthetic material, with surfaces convex towards the outside (30a) and concave towards the inside (30b), process in which the molten synthetic material is extruded through the shaping orifice or die (77) a extruder (16) and in which the plastic rod (79) which leaves the shaping orifice is cut into thin slices by a cutting device (26) and where the particles
<EMI ID = 36.1>
characterized in that one cuts, from the plastic rod (79) leaving the shaping orifice (77), particles limited by a curved surface due to the difference in speeds prevailing over the cross section of the mass, from the shaping orifice (77) and before that a significant expansion of the synthetic material has taken place.