CH707111A2 - Procédé et dispositif de plastification de matière plastique. - Google Patents

Procédé et dispositif de plastification de matière plastique. Download PDF

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CH707111A2
CH707111A2 CH02029/12A CH20292012A CH707111A2 CH 707111 A2 CH707111 A2 CH 707111A2 CH 02029/12 A CH02029/12 A CH 02029/12A CH 20292012 A CH20292012 A CH 20292012A CH 707111 A2 CH707111 A2 CH 707111A2
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sleeve
axis
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plastic
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Glauco E Curetti
Eli Ruben Curetti
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Altacom Sa
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Abstract

L’invention a pour objet un procédé de plastification de matière plastique, selon lequel on introduit de la matière première plastique entre un fourreau (1) et un rotor (4) présentant chacun une portion conique, et on entraîne en rotation le rotor autour de son axe à une vitesse constante ou variable déterminée en fonction de la matière plastique à plastifier. L’invention concerne également un dispositif de plastification de matière plastique comportant un fourreau (1) et un rotor (4) comportant chacun une partie conique. Le fourreau présente un orifice de sortie (5). Le dispositif comporte encore des moyens d’entraînement en rotation du fourreau (1) et/ou du rotor (4).

Description

[0001] La présente invention se rapporte à la plastification, c’est-à-dire la mise en condition de température, fluidité, viscosité, homogénéité, de matière plastique en vue de la réalisation ensuite d’objets finis par extrusion, injection, ou soufflage.
[0002] Cette mise en condition ou plastification de la matière plastique utilisée, se présentant généralement sous forme de granulé ou de poudre, est habituellement effectuée soit par extrusion soit par calandrage avec un réglage de la température et de la vitesse de rotation de la vis respectivement des cylindres.
[0003] Suivant la nature de la matière plastique utilisée on doit pouvoir régler la température mais également choisir et déterminer le mode de malaxage mécanique utilisé et notamment déterminer les forces de compression et de cisaillement qui sont appliquées à la matière plastique à plastifier.
[0004] Lorsque l’on plastifie la matière plastique par extrusion il est possible, pendant la plastification, de modifier la vitesse de rotation de la vis et la température de plastification en réglant la température des zones du cylindre et dans une certaine mesure la compression et les forces de cisaillement à laquelle est soumise la matière plastique en variant la vitesse de rotation de la ou des vis d’extrusion.
[0005] Les forces de compression et de cisaillement nécessaires et oprimales pour chaque matière plastique et application particulière sont déterminées surtout par le profil spécifique de la vis (ou des vis dans le cas des extrudeuses à deux vis) employées.
[0006] L’éventuelle nécessité de changer de vis et réglages pour chaque application spécifique entraîne évidemment des surcoûts de production. Ainsi, l’outillage de plastification est onéreux, il faut plusieurs jeux de vis de plastification, et la production d’une machine est réduite du fait de l’arrêt de production pendant le changement de vis de plastification en fonction de l’application spécifique et de la matière plastique à plastifier.
[0007] Lorsque l’on plastifie la matière plastique par calandrage on peut, pendant le fonctionnement régler la température des cylindres de la calandre, régler la vitesse de rotation des cylindres, régler la vitesse relative tangentielle (avec des vitesses différentes des cylindres) mais on peut également modifier la pression exercée sur la matière en rapprochant ou éloignant les cylindres de la calandre (changement de la fente ou interspace). Par la combinaison de ces réglages indépendants on peut influer sur les forces de compression et de cisaillement exercées sur la matière plastique.
[0008] Les limitations du calandrage sont par contre que les produits finis qui peuvent être obtenus directement sont limités à des objets planaires continus, tels que plaques, feuilles et films.
[0009] Le but de la présente invention est de proposer un procédé de plastification combinant les avantages respectifs de l’extrusion et du calandrage pour préparer la matière plastique plastifiée aussi bien pour la fabrication de profilés avec une filière, que pour la fabrication d’objets finis par injection avec des moules d’injection ou encore pour l’alimentation d’une calandre pour la fabrication de films, feuilles ou plaques.
[0010] Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de plastification de matière plastique permettant, en plus de modifier les vitesses de rotation et la température de plastification, de modifier la compression de la matière ainsi que les forces de cisaillement appliquées à cette matière pendant son malaxage pour pouvoir avec un même équipement traiter plusieurs applications et types de matière plastique.
[0011] La présente invention a pour objet un procédé de plastification de matière plastique caractérisé par le fait qu’on introduit de la matière première plastique entre un fourreau et un rotor situé à l’intérieur du fourreau présentant chacun une portion conique; qu’on entraîne en rotation le rotor autour de son axe à une vitesse V1 constante ou variable déterminée en fonction de la matière plastique à plastifier; qu’on contrôle la position axiale du rotor par rapport au fourreau en fonction de la matière à plastifier; et qu’on ajuste la distance latérale d’entre l’axe du rotor et l’axe du fourreau en fonction de l’application et la matière à plastifier.
[0012] Dans différentes formes d’exécution et fonctionnement le procédé peut encore comprendre les opérations suivantes: – La rotation du fourreau dans un sens ou l’autre à une vitesse V2 déterminée ou réglable. – La rotation de l’axe du rotor parallèlement à lui-même autour de l’axe du fourreau à une vitesse V3 déterminée et réglable. – Le chauffage du fourreau. – Le chauffage et/ou le refroidissement du rotor. – La mise en vibration du rotor.
[0013] La présente invention a également pour objet un dispositif pour la plastification de matière plastique tel que défini à la revendication 7.
[0014] Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d’exemple un schéma de principe des différentes possibilités qu’offrent le procédé et le dispositif de plastification de matière plastique selon l’invention. <tb>La fig. 1<SEP>est un schéma en coupe longitudinale d’un dispositif de plastification de matière plastique, notamment pour la mise en œuvre du procédé. <tb>La fig. 2<SEP>est un schéma en coupe transversale du dispositif de plastification illustré à la fig. 1 , le rotor étant centré dans le fourreau. <tb>La fig. 3<SEP>est un schéma en coupe du dispositif illustré à la fig. 1 le rotor étant excentré par rapport au fourreau. <tb>Les fig. 4 à 7<SEP>illustrent schématiquement différentes positions du rotor dans le fourreau. <tb>La fig. 8<SEP>illustre partiellement une exécution du rotor.
[0015] Le présent procédé de plastification de matière plastique, vise à augmenter le nombre de paramètres influençant la plastification de la matière plastique pouvant être modifiés ou réglés pendant le fonctionnement en cours de plastification.
[0016] Selon le présent procédé de plastification de matière plastique on procède aux opérations suivantes: 1. on introduit, par exemple par gravité, à l’aide d’une trémie, ou par une extrudeuse en cascade, de la matière plastique de préférence granulée ou en poudre, entre la paroi intérieure d’un fourreau présentant une partie conique débouchant sur un orifice de sortie de la matière et la paroi extérieure d’un rotor présentant une partie conique logé à l’intérieur du fourreau. 2. on entraîne en rotation le rotor autour de son axe à une vitesse V1 déterminée, constante ou variable en fonction de la matière à plastifier. 3. on déplace axialement le rotor parallèlement à son axe par rapport au fourreau pour modifier l’espace situé entre les portions coniques du rotor et du fourreau et contrôle leur position axiale relative en fonction de la matière plastique à plastifier. Ce contrôle peut consister à ajuster la position relative axiale du rotor par rapport au fourreau à une valeur fixe ou à entraîner le rotor axialement dans un mouvement de va-et-vient F1 d’une amplitude déterminée par rapport au fourreau. 4. on chauffe le fourreau et/ou le rotor à une température de fonctionnement déterminée par la matière à plastifier. 5. on chauffe et/ou refroidit le rotor pour le porter à une température désirée.
[0017] En plus de ces opérations qui permettent déjà de régler les paramètres indépendants suivants : – volume de matière en plastification – température de plastification – vitesse de rotation du rotor autour de son axe (rotation primaire) V1 – vitesse de rotation de l’axe du rotor autour de l’axe du fourreau (rotation secondaire) V3 – largeur de la fente de passage entre les surfaces coniques ou non du fourreau et du rotor. – forces de compression appliquées à la matière en plastification – forces de cisaillement appliquées à la matière en plastification.
[0018] On peut encore selon le procédé de plastification: 6. Entraîner le fourreau en rotation dans le même sens ou dans le sens inverse de la rotation du rotor à une vitesse déterminée V2, constante ou variable, par la matière à plastifier. 7. Déplacer d, parallèlement à lui-même, l’axe du rotor pour que l’espace défini entre le rotor et le fourreau ne soit pas constant en section transversale mais plus grand d’un côté du rotor que de l’autre. Ceci revient donc à modifier l’excentricité du rotor par rapport au fourreau. Ce déplacement peut être constant ou variable pendant la plastification de la matière plastique. 8. Lorsque le rotor est excentré par rapport au fourreau on peut encore faire tourner l’axe du rotor, dans un sens ou dans l’autre, autour de l’axe du fourreau à une vitesse V3, constante ou variable, déterminée par la matière en plastification. 9. Le rotor peut être mis en vibration pour améliorer la plastification de la matière plastique et pour obtenir son compactage.
[0019] Tous ces paramètres agissent sur la façon dont la matière est malaxée pendant sa plastification et on peut obtenir avec des réglages particuliers une plastification optimum pour des matières différentes sans modifier le dispositif de plastification.
[0020] Tous ces paramètres peuvent être préréglés pour une matière déterminée à plastifier ou au contraire être modifiés en cours de fonctionnement de la plastification selon un programme préétabli en fonction de la matière à plastifier.
[0021] Selon ce procédé la matière plastique en plastification est malaxée, soumise à des compressions et/ou des forces de cisaillement réglables, et éventuellement vibré, permettant une plastification optimum de la matière qui, à la sortie du plastificateur présente le minimum de tensions interne et un maximum d’homogénéité.
[0022] La vitesse de rotation relative entre le fourreau et le rotor, peut notamment être ajustée de façon à ce que la paroi extérieure du rotor roule sans glisser sur la paroi interne du fourreau.
[0023] La matière plastique ainsi plastifiée est apte à être extrudée, moulée, injectée ou soufflée pour la réalisation d’objet présentant le moins de tension interne possible et donc une qualité optimale.
[0024] Pour faciliter la propulsion de la matière plastique à plastifier entre le rotor et le fourreau de la trémie de remplissage jusqu’à l’orifice d’extraction de la matière plastifiée on peut munir une ou des portions (sur la partie conique ou pas) du rotor d’un profil de vis à pas et/ou profondeur variable ou non. On peut aussi faire en sorte que le présent dispositif de plastification soit alimenté en cascade par la sortie d’une extrudeuse.
[0025] Des profils de la surface du rotor peuvent présenter des zones de décompression pour permettre une décompression de la masse plastifiée et la sortie ou extraction de gaz et/ou humidités produits durant la plastification par chauffage, compression et malaxage.
[0026] En plus des paramètres décrits ci-dessus et qui sont réglables en cours de plastification on peut également prévoir sur la face externe du rotor un profil spécifique déterminé de même que sur la face interne du fourreau. En particulier, on peut prévoir sur la surface externe du rotor des stries ou canaux capillaires formant avec la surface interne du fourreau des passages de sortie de la matière plastifiée permettant de régler la finesse de plastification ou la fluidité de la matière plastifiée.
[0027] Le but de ces différentes configurations alternatives du procédé et du dispositif est la possibilité de pouvoir réproduire à l’intérieur du dispositif (entre fourreau et rotor) les conditions de travail disponibles dans une extrudeuse et en même temps les conditions de travail disponibles dans une calandre. Ceci surtout en applicant les conditions de roulement du rotor à l’intérieur du fourreau (vitesse tangentielle 0 avec compression pure sans forces de cisaillement), les vitesses de rotation du rotor et du fourreau étant coordonnées.
[0028] On peut aussi prévoir que le rotor soit libre en rotation autour de son axe et que sa surface externe soit appliquée contre la surface interne du fourreau. On entraîne alors l’axe du rotor autour de l’axe du fourreau. On obtient ainsi une compression sans cisaillement.
[0029] Comme on le voit sur le schéma de la fig. 1 la matière plastique à plastifier, généralement granulée ou en poudre, est introduite à l’intérieur d’un fourreau 1 par une trémie 2. L’introduction de la matière plastique dans le dispositif de plastification se fait par gravité, par une trémie à vis ou par introduction sous pression. Cette matière plastique vient se loger dans l’espace 3 séparant le fourreau d’un rotor 4. Le fourreau 1 et le rotor 4 comportent tous deux une partie conique présentant de préférence, mais non obligatoirement, le même angle le long de la partie conique. La partie initiale du rotor 4 est, dans l’exemple illustré, munie sur sa périphérie d’un filetage pour contribuer lors de sa rotation à faire avancer la matière plastique introduite par la trémie 2 en direction de l’orifice de sortie 5 du fourreau 1.
[0030] La fig. 2 illustre une section de la fig. 1 suivant la ligne I - I. Dans cette position l’axe du rotor 4 est coaxiale, et donc confondu avec l’axe du fourreau 1.
[0031] Comme on le voit sur la fig. 3 l’axe du rotor 4 a été décalé parallèlement à lui-même pour modifier la configuration de l’espace 3 situé entre le fourreau 1 et le rotor 4, le rotor est excentré par rapport au fourreau.
[0032] Une telle configuration permet pour la plastification de matière plastique de régler préalablement ou de modifier en cours de plastification les paramètres suivants: – la température du rotor 4 et du fourreau 1, à l’aide de moyens de chauffage ou de réfrigération, – le sens et la vitesse de rotation du rotor 4 autour de son axe à l’aide de moyens d’entraînement en rotation du rotor, – la position axiale du rotor 4 à l’intérieur du fourreau 1 ce qui modifie le volume de l’espace 3 entre le rotor 4 et le fourreau 1. Un mouvement de va-et-vient du rotor dans le fourreau peut être ainsi provoqué à l’aide de moyens permettant de déplacer axialement le rotor par rapport au fourreau, – le décalage ou excentration de l’axe du rotor 4 par rapport à l’axe du fourreau 1 à l’aide de moyens d’excentrement, – le sens de rotation et la vitesse de rotation de l’axe du rotor 4 autour de l’axe du fourreau 1 à l’aide de moyens d’entraînement en rotation de l’axe du rotor autour de l’axe du fourreau,
[0033] A ces réglages peut être ajouté (éventuellement) le réglage (indépendant) – du sens et de la vitesse de rotation du fourreau 1 autour de son axe à l’aide de moyens d’entraînement du fourreau en rotation autour de son axe, – des moyens de mise en vibration du rotor peuvent être prévus pour vibrer la matière plastique en cours de plastification.
[0034] On peut ainsi modifier presque à l’infini la combinaison des paramètres définissant le mode de malaxage et préparation de la matière plastique pour sa plastification. On peut notamment combiner les effets de compression, de laminage, de compactage et appliquer à la matière des forces de cisaillement de manière à obtenir un malaxage optimum pour la plastification de nombreuses matières plastiques différentes.
[0035] La matière plastique plastifiée délivrée par l’orifice de sortie 5 du fourreau 1 est soit directement extrudée par une filière pour obtenir des profilés soit directement introduite dans un ou plusieurs moules de formage soit préformée par injection pour obtenir des préformes qui peuvent ensuite être soufflées, retravaillées ou stockées.
[0036] La matière plastique plastifiée délivrée par l’orifice de sortie 5 du fourreau 1 peut alimenter une pompe à engrenage pour délivrer un flux continu et constant ou discontinu de matière plastifiée.
[0037] La surface externe du rotor 4 peut présenter un profilage en creux et bosses. Cette surface externe du rotor 4 peut également comporter des zones profilées ou filetées alternant avec des zones lisses. La portion terminale du rotor 4 peut comporter une surface externe munie de canaux ou rainures capillaires.
[0038] Enfin, les parties coniques du rotor 4 et du fourreau 1 peuvent comporter des angles identiques ou différents.
[0039] Ce dispositif de plastification est extrêmement polyvalent car il permet de modifier, surtout pendant la plastification, de nombreux paramètres influençant la plastification de la matière plastique, notamment un nombre de paramètres variables plus important qu’une calandre ou une extrudeuse existante, et ceci avec une seule machine relativement simple et pouvant traiter de nombreuses matières premières sans modification structurelle telles que l’échange de vis d’extrusion.
[0040] La fig. 4 illustre un schéma représentant le rotor 4 concentrique au fourreau 1 dans une position axiale déterminée. Suivant la ligne de coupe l-l la surface extérieure a du rotor 4 est concentrique à la surface intérieure b du fourreau 1.
[0041] La fig. 5 illustre un schéma où, par rapport à la fig. 4 , le rotor 4 a été déplacé axialement en direction de l’orifice de sortie 5 du fourreau 1, l’espace 3 entre le rotor et le fourreau a donc diminué.
[0042] La fig. 6 illustre un schéma où l’axe du rotor 4 a été excentré par rapport au fourreau, le fourreau et le rotor occupant la même position axiale qu’à la fig. 4 .
[0043] La fig. 7 illustre une position du rotor pour laquelle une des génératrices de sa surface extérieure est pratiquement en contact avec une génératrice de la paroi interne b du fourreau (conditions de roulement du rotor à l’intérieur du fourreau).
[0044] La fig. 8 illustre une exécution du rotor dont la surface extérieure présente des zones de conicité différentes et une zone présentant un filetage ou un profil spécial.

Claims (22)

1. Procédé de plastification de matière plastique, caractérisé par le fait qu’on introduit de la matière première plastique entre un fourreau (1) et un rotor (4) situé à l’intérieur du fourreau (1) présentant chacun une portion conique, le fourreau présentant un orifice de sortie; qu’on entraîne en rotation le rotor autour de son axe à une vitesse constante ou variable déterminée en fonction de la matière plastique à plastifier.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu’on contrôle la position axiale du rotor (4) par rapport au fourreau (1) en fonction de la matière à plastifier.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait qu’on règle la distance séparant l’axe du rotor (4) de l’axe du fourreau (1) en fonction de la matière à plastifier.
4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu’on entraîne en rotation l’axe du rotor autour de l’axe du fourreau (1).
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu’on déplace axialement dans un mouvement de va-et-vient le rotor (4) dans le fourreau (1) à une vitesse et une amplitude déterminée en fonction de la matière plastique à plastifier.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’on chauffe le fourreau (1).
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’on chauffe ou refroidi le rotor (4).
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’on entraîne en rotation autour de son axe le fourreau dans le même sens ou dans le sens opposé à la rotation du rotor sur lui-même.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’on met en vibration le rotor pour vibrer la matière plastique pendant sa plastification.
10. Dispositif de plastification de matière plastique, caractérisé par le fait qu’il comporte un fourreau (1) et un rotor (4) disposé à l’intérieur du fourreau (1); par le fait que le fourreau et le rotor comportent chacun une partie conique, le fourreau présentant un orifice de sortie; par le fait qu’il comporte des moyens d’entraînement en rotation du fourreau (1) et/ou du rotor (4).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu’il comporte des moyens permettant de déplacer axialement le rotor (4) à l’intérieur du fourreau (1).
12. Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé par le fait qu’il comporte des moyens d’excentrement permettant de déplacer parallèlement à lui-même ou angulairement l’axe du rotor (4) par rapport à l’axe du fourreau.
13. Dispositif selon l’une des revendications 10, 11 ou 12 caractérisé par le fait qu’il comporte des moyens permettant de faire tourner l’axe du rotor (4) autour de l’axe du fourreau (1).
14. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 13, caractérisé par le fait qu’il comporte des moyens de chauffage ou de refroidissement du fourreau et/ou du rotor.
15. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 14, caractérisé par le fait qu’il comporte des moyens de mise en vibration du rotor.
16. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 15, caractérisé par le fait que les moyens permettant de déplacer axialement le rotor (4) à l’intérieur du fourreau (1) sont aptes soit à fixer une position axiale déterminée du rotor (4) dans le fourreau (1), soit à déplacer le rotor (4) dans un mouvement de va-et-vient de vitesse et d’amplitude déterminée par rapport au fourreau (1).
17. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 16, caractérisé par le fait que la surface extérieure du rotor (4) présente une alternance de zones lisses et de zones profilées ou rainurées.
18. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 17, caractérisé par le fait que la partie terminale du rotor (4) présente sur sa surface extérieure des canaux ou rainures capilaires.
19. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 18, caractérisé par le fait que tout ou partie de la surface extérieure du rotor (4) présente un profilage.
20. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 19, caractérisé par le fait que les portions coniques du fourreau (1) et du rotor (4) présentent des angles identiques.
21. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 20, caractérisé par le fait que les portions coniques du fourreau (1) et du rotor (4) présentent des angles différents.
22. Dispositif selon l’une des revendications 10 à 21, caractérisé par le fait qu’il comporte une pompe à engrenage alimentée en matière plastique plastifiée par l’orifice de sortie du fourreau.
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