CH548270A - Procede pour fluidiser et melanger une matiere thermoplastique en particules et extrudeur a vis pour sa mise en oeuvre. - Google Patents
Procede pour fluidiser et melanger une matiere thermoplastique en particules et extrudeur a vis pour sa mise en oeuvre.Info
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Description
La présente invention a pour objet un procédé pour fluidiser et mélanger une matière thermoplastique en particules. L'emploi de blocs et de disques de malaxage, aussi bien dans les extrudeurs à une vis qu'à deux vis, est connu depuis longtemps dans la technique de fluidisation et de mélange des matières thermoplastiques en particules. Il est connu notamment par le brevet USA N0 2485854 d'employer des disques ou des blocs de malaxage alignés excentriquement dans la section de malaxage d'un extrudeur à vis. De même, des blocs de malaxage de sections droites de formes différentes sont déjà utilisés dans les extrudeurs à vis à deux rampes. Une variante existe pour les éléments de malaxage des extrudeurs à vis à trois rampes, dans laquelle on utilise des éléments de malaxage à section triangulaire curviligne. Un tel appareil est décrit dans le brevet USA N0 3146493. Les trois coupes schématiques de la fig. 3 de ce brevet illustrent l'écoulement successif de la matière thermoplastique que produisent les éléments de malaxage jumeaux à action réciproque. Des extrudeurs utilisant ces éléments de malaxage sont disponibles dans le commerce pour le mélange de matières thermoplastiques telles que les polystyrènes, les polysulfones, les copolymères d'acrylonitrile-butadiène-styrène, etc. La fonction des éléments de malaxage est de produire un fort cisaillement dans la matière thermoplastique traitée afin de favoriser la conversion des particules de résine solides en une fonte homogène, d'une façon pratique. Cela s'accomplit principalement par le fort cisaillement résultant du déplacement de la résine qui est enfermée dans l'espace libre entre les deux vis rotatives et le cylindre fixe de l'extrudeur. Selon la position angulaire des vis, les forces de cisaillement varient en grandeur et en direction de façon que seule la partie de la matière qui est traitée subisse le cisaillement maximal. En plus de l'action de malaxage circonférentielle, il existe un mouvement de la matière dans la direction de l'axe de l'extrudeur. La vitesse axiale d'un extrudeur donné est déterminée par le débit d'écoulement de la masse. Souvent, pendant l'extrusion, un débit critique est atteint pour lequel un nombre accru de particules non fluidisées apparaissent dans l'extrudat. Cela peut s'expliquer par le fait qu'aux débits élevés de l'extrudeur, la vitesse axiale devient suffisante pour permettre à certaines particules de passer à travers la section de malaxage sans s'exposer au cisaillement maximal. Des efforts ont été tentés pour obtenir une augmentation du débit critique afin d'améliorer l'économie du procédé d'extrusion. Jusqu'ici, l'emploi de sections de malaxage plus longues ou sup plémentaires a permis de minimiser le problème de fluidisation incomplète, mais conduit à de plus hautes températures d'extrusion. Dans le cas où une basse température d'extrusion est impérative, seuls de faibles débits peuvent être maintenus afin d'éviter la dégradation thermique de la matière. Un but de l'invention est d'obtenir une meilleure fluidisation et un meilleur mélange d'une matière thermoplastique. Le procédé selon l'invention, dans lequel on fait passer la matière thermoplastique dans un extrudeur à vis comprenant une section de malaxage, est caractérisé en ce que la partie de la vis se trouvant dans la section de malaxage est constituée d'éléments de malaxage comportant des rainures intermittentes pratiquement radiales présentant chacune une largeur inférieure à la plus petite dimension des particules de matière thermoplastique à fluidiser et mélanger. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'extrudeur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La fig. 1 est une vue schématique de cette forme d'exécution. La fig. 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en perspective des éléments de malaxage d'une vis utilisée dans l'extrudeur de la fig. 1, et les fig. 4, 5, 6, 7, 8 et 9 sont des coupes semblables à celle de la fig. 2 montrant le passage successif de la matière traitée pendant une partie du cycle de rotation de la section de malaxage à vis ju melles de l'extrudeur. Il est connu dans l'art de la fluidisation et du mélange d'une matière thermoplastique en particules que la section de malaxage de l'extrudeur à vis est indûment chargée par la nécessité que toute la matière à traiter, c'est-à-dire la matière thermoplastique solide et la matière thermoplastique déjà fluidisée, soit sujette continuellement à l'action de malaxage totale. On a trouvé qu'il est possible de séparer le composant déjà 1fluidité de la matière en particules afin que l'action de malaxage subséquente puisse être concentrée sur le composant en particules. On a remarqué que cette séparation permet de fluidiser le compo sant en particules dans une section de malaxage de beaucoup plus courte longueur et dans une période de temps beaucoup plus courte avant de mélanger le composant en particules avec le com posant déjà fluidisé. On a trouvé également que l'emploi de plusieurs rainures in termittentes pratiquement radiales, présentant chacune une lar geur inférieure à la plus petite dimension des particules, permet une séparation intermittente et la dérivation du composant ther moplastique fondu à travers les rainures, permettant ainsi la con centration de l'action de malaxage sur la matière en particules qui doit être fluidisée et qui est fluidisée avant d'être mélangée avec le composant déjà fluidisé de la matière traitée. La haute pression développée entre les parois du cylindre de l'extrudeur et les elé- ments de malaxage pendant la rotation des vis produit le forçage de la matière fondue à travers les rainures intermittentes, le pas sage de la matière en particules à travers ces rainures étant empê ché par la limitation de dimension. Il en résulte que le composant en particules est maintenu dans la zone de haut cisaillement où l'action de malaxage s'effectue. La séparation et la concentration du composant en particules à malaxer permettent une réduction de la longueur de l'extradeur, de la température de l'extradant et du temps de résidence de la matière dans l'extrudeur. On a trouvé que ces éléments de malaxage peuvent être utilisés dans tout extrudeur à vis rotatif connu qui comprend une section d'éléments de malaxage rotatifs. On peut ainsi utiliser des extru deurs à simple ou à double vis et les éléments de malaxage peu vent avoir une section droite de toute forme connue. Quand on utilise des extrudeurs à vis jumelles, on obtient un avantage supplémentaire puisque les rainures pratiquement ra diales dans les éléments sont intermittentes et non continues, per mettant ainsi de maintenir une action d'autonettoyage et de ba layage nécessaire pour un fonctionnement efficace de ces extru deurs. L'extrudeur à vis jumelles 10 représenté comprend deux vis 12 et 14 et des dispositifs d'entraînement pour ces vis 16 et 18 respec tivement. Une résine à fluidiser est introduite dans une trémie d'entrée 20 à l'extrémité amont, depuis laquelle elle est transpor tée à travers l'extradeur. Une entrée secondaire pour l'introduction d'un additif colo rant par exemple, en vue de son mélange avec la résine, est consti tuée par un extrudeur d'alimentation latéral 22 comportant une vis 24 et un dispositif d'entraînement 26. Normalement, la résine n'est pas fluidisée dans une mesure ap préciable au moment où elle atteint le point d'introduction du courant latéral dans l'extrudeur principal 10. Ce point est situé en amont de la section de malaxage (indiquée par une accolade sur la fig. I) de l'extrudeur 10, de sorte que le malaxage des courants combinés est effectué pour produire la fusion et la fluidisation des deux composants. Après avoir passé à travers la section de malaxage de l'extra- deur 10, la matière complètement fondue et fluidisée, comprenant la résine et un additif (colorant par exemple) est déchargée de l'ex trudeur par un conduit de sortie 28. Chacune des vis jumelles de l'extrudeur comprend des éléments de malaxage 32, 34 respective ment et tourne à proximité étroite de la paroi intérieure d'un corps 30 (fig. 2). Les éléments de malaxage comprennent des dis ques similaires de forme générale triangulaire curviligne, qui sont successivement décalés angulairement les uns par rapport aux autres le long de chacune des vis. La position des éléments est telle que lors de leur rotation, les éléments de malaxage de chaque vis engrènent avec ceux de l'autre vis, ce qui produit une action d'autobalayage entre les deux vis, comme cela se produit ordinairement dans les extrudeurs à vis jumelles connus. Chaque disque de malaxage est pourvu d'un groupe de trois rainures 36 intermittentes, pratiquement radiales, d'une largeur inférieure à la plus petite dimension des particules de la matière thermoplastique à fluidiser et mélanger. La faible largeur des rainures 36 empêche l'entrée du composant en particules de la matière 38 dans les rainures et maintient ce composant dans un espace 39 entre les éléments de malaxage rotatifs 32 et les parois du corps 30. L'emploi des rainures intermittentes permet de traiter le courant du composant fondu de la matière comme indiqué en 40 à la fig. 2. Les éléments de malaxage individuels montés sur une des vis jumelles 32, 32', 32", 32"', 32"" (fig. 3) sont orientés radialement en accord avec la pratique habituelle et présentent chacun trois groupes de rainures alignés axialement. Les rainures intermittentes des éléments de malaxage varient dans leur profondeur radiale depuis un des côtés curvilignes du triangle formé par chaque élément jusqu'à un maximum et ensuite vers le prochain côté curviligne de l'élément. Il faut remarquer que la profondeur maximale de ces rainures commande le degré d'écoulement à travers les rainures du produit fondu, plutôt qu'à travers l'espace 39 entre les côtés des éléments de malaxage et les parois du corps 30. Comme on peut le voir aux fig. 4 à 9 montrant les positions successives de deux disques de malaxage coopérants, l'écoulement de la matière à travers la section de malaxage est produit par la corotation relative des éléments de malaxage 32 et 34 faisant passer la matière à travers l'espace mobile 39 qui transporte progressivement la matière à travers la section de malaxage. Dans un exemple pratique, à l'aide de l'extradeur décrit plus haut, on traite 227 kg par heure de polystyrène dans un extrudeur à 'vis jumelles engrenant entre elles et corotatives, de 5,1 cm de diamètre et avec une section de malaxage de 30,5 cm de longueur, composée de 20 éléments de malaxage individuels. Chaque disque présente trois groupes de cinq rainures d'une largeur de 1,6 mm. Les vis jumelles sont entraînées à la vitesse de 300 tours/min. et la résine de polystyrène introduite comporte des particules cylindriques d'un diamètre de 3,2 mm et d'une longueur de 3,2 mm également. Un colorant fondu est introduit dans l'ouverture latérale de l'extrudeur 10, la longueur totale de ce dernier étant de 127 cm. On a trouvé que le produit homogène déchargé à travers le conduit 28 de l'extrudeur est une résine polystyrène fondue uniformément colorée. Une opération comparative est effectuée dans un extrudeur par ailleurs identique mais comportant des éléments de malaxage connus ne présentant pas de rainures, les conditions d'opération étant par ailleurs identiques. Le produit obtenu est analysé et on trouve que le 75% des particules de résine ne sont pas fondues après avoir passé à travers l'extrudeur.
Claims (1)
- REVENDICATIONS1. Procédé pour fluidiser et mélanger une matière thermoplastique en particules, par passage de la matière à travers un extrudeur à vis comprenant une section de malaxage, caractérisé en ce que la partie de la vis se trouvant dans la section de malaxage est constituée d'éléments de malaxage comportant des rainures intermittentes pratiquement radiales présentant chacune une largeur inférieure à la plus petite dimension des particules de matière thermoplastique à fluidiser et mélanger.Il. Extrudeur à vis pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une section de malaxage, caractérisé en ce que la partie de la vis se trouvant dans la section de malaxage est constituée d'éléments de malaxage comportant des rainures intermittentes pratiquement radiales.SOUS-REVENDICATIONS 1. Extrudeur selon la revendication Il, caractérisé en ce qu'il comprend deux vis jumelles.2. Extrudeur selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que sa section de malaxage comprend des éléments de malaxage corotatifs présentant une section de forme générale triangulaire curviligne.3. Extrudeur selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce que les rainures des éléments de malaxage varient en profondeur radiale jusqu'à un maximum au centre des rainures.4. Extrudeur selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que les éléments de malaxage comprennent trois groupes axialement alignés desdites rainures.
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| PL | Patent ceased |