Procédé de préparation, en continu, d'un mélange homogène non expansé d'au moins trois constituants formant le matériau de base d'éléments en matière expansée, et dispositif pour la mise en aeuvre du procédé La présente invention a pour objet un procédé de préparation, en continu, d'un mélange homogène non expansé d'au moins trois constituants formant le maté riau de base d'éléments en matière expansée. Elle a éga lement pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On connaît déjà des procédés permettant de prépa rer, de façon continue, des mélanges homogènes, à par tir de produits visqueux, hétérogènes. Toutefois, l'utilisa tion de tels procédés présente plusieurs inconvénients, en premier lieu, quelles que soient les précautions prises, les qualités des mélanges obtenus sont susceptibles de varier d'une préparation à l'autre et, en second lieu, la manipulation de ces produits pouvant être particulière ment difficile du fait de leurs éventuelles qualités d'ad hérence, il est nécessaire de procéder à un nettoyage complet du matériel utilisé, lorsque l'on veut préparer une nouvelle quantité de mélange.
Cet inconvénient est encore accentué lorsque les pro duits traités ont tendance à se modifier rapidement et, en particulier, à durcir de façon irréversible.
Dans la mesure où l'utilisation du mélange que l'on cherche à préparer peut être suffisamment régulière, il est, par suite, préférable de procéder à la préparation de celui-ci de façon continue.
Dans le cas plus particulier des mélanges destinés, par expansion suivie d'un durcissement par polymérisa tion, à constituer des matériaux dont les caractéristiques sont sensiblement différentes de celles du mélange ini tialement formé, une autre difficulté se présente : en effet, de tels mélanges reçoivent, d'une part, des produits destinés à provoquer une expansion de la masse initiale et, d'autre part, des produits destinés à favoriser son durcissement à un certain stade. Il en résulte que la préparation de tels mélanges, par un processus discontinu, conduit à de très grosses diffi- cultés du point de vue utilisation.
En effet, en cas d'arrêt de fabrication, le mélange préparé se prend en masse dans l'appareillage et nécessite des opérations de net toyage et de remise en état, longues et coûteuses. Cet inconvénient est d'autant plus grave que le prix des ma tières entrant dans la composition du mélange est géné ralement faible, par rapport au coût de ces opérations.
Bien qu'il existe déjà, dans l'industrie chimique, des procédés de fabrication en continu de mélanges présen tant une certaine analogie, la transposition pure et sim ple des moyens utilisés dans l'industrie chimique à la préparation d'un mélange destiné à fabriquer des maté riaux expansés durcis se heurte aux complications sup plémentaires résultant du déclenchement des réactions d'expansion et de polymérisation.
En effet, ces réactions se déclenchent, en général, dès la mise en contact avec les mélanges, des cataly seurs appropriés. Bien entendu, ces réactions sont accé lérées par une augmentation de température. Or, il se trouve qu'afin de diminuer la viscosité du mélange ini tial, on soit amené à le porter à une température suffi sante pour qu'il puisse atteindre une homogénéité suf fisante et circuler dans l'appareillage sans risque d'obs truction et sans perte de charge excessive.
Ce problème est, d'ailleurs, compliqué par le fait que la mise en présence des différents produits déclen che une réaction thermique dont l'importance varie avec les quantités et les concentrations de produits mis en présence.
En outre, bien qu'il soit indispensable que les mélan ges soient le plus parfaitement homogènes possible, il est toutefois indispensable que ceux-ci soient préparés de façon très rapide, afin que les réactions d'expansion et de polymérisation soient nulles ou très limitées tant que le mélange reste dans son installation de production.
Or, il est obligatoire de réchauffer initialement la masse visqueuse et hétérogène de façon progressive, sans provoquer de surchauffes localisées, ce qui nécessite en raison de la forme physique de cette masse et de sa mauvaise conductibilité thermique - un brassage plus énergique des produits et une durée de chauffage impor tante à une température modérée.
Il existe donc, pour la durée de mise en oeuvre, des impératifs également difficiles à concilier.
Il y a, par suite, un grand nombre d'impératifs con tradictoires auxquels il y a lieu de satisfaire pour obtenir de tels mélanges : fluidité suffisante nécessitant une tem pérature relativement élevée, mais cependant vitesse de réaction faible nécessitant une température la plus faible possible; homogénéité satisfaisante d'où durée de mé lange importante, mais séjour très court dans l'appa reillage - afin d'éviter un trop grand développement des réactions d'expansion et de polymérisation - imposant une durée de mélange très brève.
Enfin, il est indispensable de pouvoir contrôler de façon assez précise la densité des produits finis qu'on pourra obtenir à partir du mélange, ce qui n'est possible que si les durées de contact des différents catalyseurs avec le mélange, la température et la vitesse d'écoule ment de ce dernier, peuvent être simultanément fixées avec précision.
On se rendra compte de la difficulté d'obtenir cette précision en prenant l'exemple d'un écart de température; celui-ci agit sur la fluidité, donc sur le débit et le temps de passage dans l'appareillage, sur la vitesse de réaction et sur la durée de contact des différents constituants. Par suite, par le jeu des interactions, cet écart de tem pérature risque de provoquer une nouvelle variation de la température du mélange et une nouvelle évolution des caractéristiques du mélange.
L'invention a pour but d'apporter une solution au problème de la fabrication de tels mélanges, en rédui sant, autant que faire se peut, les différentes difficultés évoquées ci-dessus, afin de pouvoir fournir, en continu, un matériau homogène directement utilisable dans des appareils de moulage continus.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de préparation en continu d'un mélange homogène non expansé, d'au moins trois constituants, formant le maté riau de base d'éléments en matière expansée, procédé caractérisé en ce que l'on envoie, à l'entrée d'un premier mélangeur, le premier constituant, sous un débit prédé terminé, ce constituant étant à une température maxi male de 50 C et le second constituant, sous un débit prédéterminé, et que l'on envoie le troisième constituant à l'entrée d'un second mélangeur, dans lequel le mé lange provenant du premier mélangeur est injecté en des points préalablement choisis.
De préférence, le premier constituant est porté à sa température d'utilisation, à l'aide d'un bain-marie.
De préférence, les moyens de brassage des mélan geurs balayent la section utile de passage de ces appa reils.
L'application est particulièrement bonne dans le cas où le premier constituant est une résine formol-phénol, le second un agent gonflant, tel que le pentane ou le bicarbonate, et le troisième une solution d'acide minéral.
L'invention comprend aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ce qu'il com prend des moyens d'alimentation en un premier cons- tituant, comprenant un réservoir et un échangeur de chaleur muni de moyens de brassage et de canalisations pour envoyer le premier constituant dans un premier mélangeur, à l'aide d'une pompe doseuse, des moyens d'alimentation en un second constituant, comportant une cuve et des canalisations pour l'envoyer dans un premier mélangeur par des pompes doseuses, une canalisation reliant la sortie du premier mélangeur à un second mé langeur, et des moyens d'alimentation en un troisième constituant, comprenant un réservoir et des canalisations pour l'envoyer,
par un dispositif doseur, dans un second mélangeur, et des moyens pour régler et commander les débits des trois constituants.
De préférence, le premier mélangeur se compose d'au moins une colonne équipée d'une pluralité d'auba- ges ou contre-ailettes fixes réparties à l'intérieur d'un corps cylindrique, une pluralité d'ailettes tournant sous l'effet de moyens moteurs, lesdites ailettes balayant la totalité de la section de passage dudit mélangeur.
De préférence, le second mélangeur se compose d'une colonne équipée d'une pluralité d'aubages ou contre-ailettes fixes réparties à l'intérieur d'un corps cylindrique, une pluralité d'ailettes tournant sous l'effet de moyens moteurs, lesdites ailettes balayant la totalité de la section de passage dudit mélangeur.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif que comprend l'inven tion, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'in tention.
La fi-. 1 représente, schématiquement, cette forme d'exécution du dispositif permettant de réaliser un mé lange homogène d'un produit à expanser avec ses agents d'expansion et de -durcissement ; la fig. 2 représente une variante d'exécution du pre mier dispositif et la fig. 3 représente la coupe, selon 111-11I du dispo sitif de la fi-. 2.
Le dispositif comprend une citerne 1 (fig. 1) commu niquant avec une première cuve 2 munie d'un agita teur 3.
Cette première cuve communique, par un tube 4, avec une seconde cuve 5 munie d'un agitateur 6. Le tube 4 met en communication la partie inférieure de la cuve 3 avec la partie supérieure de la cuve 5.
Les cuves 2 et 5 sont emboîtées dans une cuve 7, de grande dimension, enveloppant, également, le tube 4. La cuve 5 comporte une tuyauterie d'évacuation sur laquelle est montée la vanne 5a. Une tuyauterie sembla ble et une vanne 2a se trouvent sur la cuve 2. En aval des vannes, ces tuyauteries sont branchées, en parallèle, sur l'orifice d'alimentation d'une pompe 8 dont la tuyau terie de refoulement 9, équipée d'un débitmètre à flot teur 10, est mise en communication avec l'extrémité in férieure d'un pot cylindrique 11 qui constitue un mélan geur. La pompe 8 utilisée est une<B> </B>pompe à vis<B> </B> qui permet de fournir un débit donné à une pression réglable par un organe non représenté.
Une cuve 12 munie d'un conduit 13 alimente une pompe 14 dont le conduit d'évacuation 15 aboutit, après avoir traversé un débitmètre 16 similaire au débitmètre 10, à la partie inférieure du pot cylindrique 11. La pompe 14 est < c à membrane , commandée par un piston.
Un tuyau de dérivation et un robinet à trois voies 17 permettent de faire fonctionner la pompe 14 en court- circuit sur elle-même, en effet, 'le fluide refoulé par la pompe 14 peut être dirigé, soit vers le tuyau 15, soit vers le tuyau d'aspiration 13 de la pompe, selon l'orientation des voies du robinet par rapport aux tuyaux sur les quels il est branché.
Un tel robinet permet donc de maintenir, continuel lement, la pompe en état de fonctionnement, indépen damment des mouvements de fluide dans les tuyauteries d'aval.
En outre, le conduit 13 est branché à une distance assez grande au-dessus du fond de la cuve 12 et son embouchure porte un filtre et un clapet antiretour non représentés.
Une cuve 18 est, également, branchée sur un dispo sitif de pompage identique à celui de la cuve 12. Ce dis positif présente un conduit 19 branché sur une pompe à membrane 20, un tuyau d'évacuation 21, équipé égale ment d'un débitmètre à flotteur 22, et un tuyau de déri vation équipé d'un robinet à trois voies 23.
L'embouchure du conduit 19 est située à une distance assez grande au-dessus du fond de la cuve 18, et elle porte un filtre et un clapet antiretour.
Enfin, la commande des pompes 14 et 20 est jume lée par le dispositif 24 et la course de chacune d'elles peut être réglée, indépendamment de la course de l'au tre pompe, grâce à un maneton de longueur réglable, 25 et 26.
Dans une variante, au lieu de l'ensemble 12 à 17, un autre ensemble comprenant un réservoir de stockage 27 alimente le bas du pot 11 par un conduit 28 et un dis positif à vis 29. Le réglage du débit du produit et son couplage au débit de liquide sortant du réservoir 12 sont effectués par des dispositifs usuels, non représentés.
Le pot 11 présente une pluralité de contre-palettes radiales fixes orientées verticalement 30 entre lesquelles sont susceptibles d'être entraînées, en rotation, une plu ralité de palettes 31 solidaires d'un arbre 32 monté dans un palier unique et entraîné par un moteur 34 fixé à la partie supérieure de ce pot.
Le pot 11 porte, au voisinage de sa partie supérieure, un tube d'évacuation 35, présentant, de préférence, une portion transparente, aboutissant à la partie supérieure d'un pot cylindrique 36, constituant le second mélangeur.
Ce second mélangeur porte, à sa partie supérieure, un moteur 37 entraînant -un arbre 38 monté dans un palier 39 et muni de palettes 40 analogues aux palettes 31. Il est, en outre, muni, à sa partie inférieure, d'un bouchon de vidange 41 pour les opérations d'entretien et de nettoyage, et d'un conduit de sortie 42 pour les produits mélangés.
Les fig. 2 et 3 montrent une variante d'exécution du mélangeur 11, qui porte un arbre muni de palettes, monté sur un palier unique. Or, il est difficile de réaliser des pots 11 de grande longueur lorsque des durées de brassage, requises par un mélange déterminé, sont im- portantes.
En variante, le pot 11 est divisé en deux pots simi laires, 50 et 51, dont .les bases sont reliées par un tube coudé 52 muni d'un bouchon 53.
A la partie supérieure de ces pots 50 et 51, on re trouve des moteurs 54 et 55 entraînant des arbres 56 et 57 montés dans des paliers uniques 58 et 59. Les arbres 56 et 57 portent des palettes mobiles 60, tandis que des contre-palettes fixes 61 (voir à ce propos la fig. 3) sont à un intérieur. Ces pièces sont, d'ailleurs, tout à fait semblables à celles du pot 11.
Cette réalisation conserve tous les avantages du pot 11 en ce qui concerne le montage des arbres ,portant les ailettes :dans des paliers uniques qui sont soustraits au contact des mélanges fabriqués dans l'appareil.
Le fonctionnement, dans le cas de la préparation d'un mélange pour fabriquer des produits en résine phé- nolique expansée, est le suivant - La citerne 1 contient une résine phénolique thermù- durcissable que l'on retrouve à l'état plus ou moins visqueux dans les cuves 2 et 5; - la cuve 7, régulièrement alimentée en eau chaude (flèches f l) constitue, pour les cuves 2 et 5, un ( < bain-marie ;
- la cuve 12 contient du pentane, produit susceptible, lorsqu'il entre en contact avec la résine phénolique à une température déterminée, d'engendrer une réaction d'expansion de cette résine (l'appareil 27 contiendrait du bicarbonate) ; - la cuve 18 contient de l'acide chlorhydrique dilué susceptible de durcir la résine phénolique, dès que ces deux produits sont mis au contact l'un de l'autre. La vanne 5a étant ouverte et la vanne 2a étant fer mée, le bain-marie 7 fournit à la résine phénolique, une quantité de chaleur permettant sa liquéfaction; il fournit, ainsi, dans la cuve 2 un bain de résine liquide porté, par exemple, à la température de 400c.
Pour activer l'échange thermique nécessaire à la liquéfaction de cette masse visqueuse en suppléant aux défauts de conductibilité de cette matière, l'agitateur 3 brasse, continuellement, le bain de résine.
Le trop-plein qui apparaît, d'une manière continue au cours de cette opération, est évacué par la base de la cuve 2 à la partie supérieure de la cuve 5, grâce au tube 4, immergé dans le bain-marie 7.
L'agitateur 6 brasse, continuellement, la résine liquide contenue dans la cuve 5, chauffée par le bain- marie 7, afin que toute la masse de résine soit portée à une température uniforme avant d'être évacuée par le tuyau de la vanne 5a.
Cet écoulement (flèche F2) est commandé par la pompe 8 qui refoule, par le conduit 9, le courant de résine à la base du pot 11.
Le courant de .résine est poussé dans le labyrinthe constitué par les contre-palettes fixes 30 et les palettes mobiles en rotation 31, alors que, simultanément, est introduit, sensiblement au même niveau, un courant de pentane refoulé par la pompe 14.
Ce qui précède suppose qu'un régime permanent est atteint dans le dispositif, et, par conséquent, que la vanne 17 est ouverte sur le tube 15.
La température du pentane est, pour des raisons de sécurité, maintenue à la température ambiante ordinaire et en tout cas inférieure à la température de 40o de la résine injectée dans le pot 11.
Par conséquent, bien que le contact du pentane et de la résine ait pour effet d'amorcer la réaction d'expan sion de cette dernière, le pentane refroidit la résine, donc limite cette réaction, et ramène cette dernière à un état plus visqueux. Pour compenser cela, on entraîne l'arbre 32 à une vitesse relativement grande, de l'ordre de mille cinq cents tours par minute, par exemple, de sorte que les frotte ments créés par les tourbillons de la masse liquide, au cours de son cheminement dans ce labyrinthe, engen drent un échauffement suffisant pour compenser le refroidissement précité.
Lors de ce brassage, les courants refoulés par les pompes, dans le pot 11, se confondent en un courant continu qui est divisé par les contre-palettes fixes 30, en courants élémentaires, ces derniers étant, aussitôt, hachés par les palettes 31, circulant rapidement et suc cessivement, les unes à la suite des autres en regard des contre-palettes fixes.
II n'est réservé, entre les éléments fixes et mobiles du pot (paroi interne, contre-palettes 30 et palettes 31) que des intervalles libres de quelques millimètres et qui. dans tous les cas, n'excèdent pas un centimètre.
L'appareil amène, par le tube 35 dans le pot 36, un mélange à température uniforme et à la température initiale de la résine dans le pot 2 et dans lequel de fines particules de cette résine sont au voisinage immédiat de petites quantités de pentane ; par suite, ce mélangeur permet d'obtenir un mélange homogène de résine et de pentane.
L'efficacité des mélangeurs tient au fait que la section de passage est faible et complètement battue par les pales.
Pour obtenir les débits désirés des différents consti tuants du mélange, on règle les différentes pompes qui sont, d'ailleurs, des pompes doseuses - selon les indications fournies par les débitmètres.
En ce qui concerne les débits de pentane et d'acide, on pourra, au préalable, les coordonner en faisant débi ter les pompes correspondantes en circuit fermé, au moyen des robinets à trois voies 17 et 23.
Selon les caractéristiques de la résine phénolique uti lisée et les qualités recherchées pour le mélange, l'acide sera injecté dans le dernier pot mélangeur 36 à des hau teurs différentes correspondant aux positions des cana lisations 46 à 48; pour les mélanges les plus réactifs, injection d'acide en 48; pour les moins réactifs, injection d'acide en 46.
Le mélange obtenu est ensuite envoyé par le conduit 42 vers le moule d'utilisation.
La variante du premier mélangeur représentée aux fig. 2 et 3, présente quelques avantages complémentaires par rapport au mélangeur 11. Le principe reste le même, mais, dans le cas de mélanges devant être longuement brassés, il est plus avantageux d'utiliser plusieurs colon nes en série - ici, deux - pour diminuer, à la fois, la pression hydrostatique et la tendance à la sédimen tation, enfin, il sera plus facile, le cas échéant, de vider et nettoyer cet appareil, en raison de la présence du bouchon 53 et du coude amovible 52, et de la moindre longueur des colonnes 50 et 51.
Le dispositif décrit permet de traiter des résines autres que les résines phénoliques.
Certaines résines atteignent, très facilement, une température uniforme, désirée pour le pompage; on peut, alors, utiliser uniquement la cuve 2, la vanne 2a étant ouverte et la vanne 5a étant fermée.
De même, on pourrait alimenter le dispositif par un mélange de deux résines ; il suffirait d'adapter sur la cuve 5 une citerne analogue à la citerne 1 et de prévoir une ouverture convenable des vannes 2a et 5a.