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CH500828A - Procédé pour la fabrication en continu d'articles en matières thermoplastiques expansées - Google Patents

Procédé pour la fabrication en continu d'articles en matières thermoplastiques expansées

Info

Publication number
CH500828A
CH500828A CH1255269A CH1255269A CH500828A CH 500828 A CH500828 A CH 500828A CH 1255269 A CH1255269 A CH 1255269A CH 1255269 A CH1255269 A CH 1255269A CH 500828 A CH500828 A CH 500828A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
cooling
extruded
skin
extrusion
extruded material
Prior art date
Application number
CH1255269A
Other languages
English (en)
Inventor
William Winstead Thomas
Original Assignee
William Winstead Thomas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to FR6913304A priority Critical patent/FR2041489A5/fr
Priority to GB21589/69A priority patent/GB1270581A/en
Priority claimed from GB21589/69A external-priority patent/GB1270581A/en
Priority to LU59309D priority patent/LU59309A1/xx
Application filed by William Winstead Thomas filed Critical William Winstead Thomas
Priority to DE19691942217 priority patent/DE1942217A1/de
Priority to NL6912574A priority patent/NL6912574A/xx
Priority to CH1255269A priority patent/CH500828A/fr
Priority to BE737669D priority patent/BE737669A/xx
Priority to US864294A priority patent/US3632266A/en
Priority to US882866A priority patent/US3676537A/en
Publication of CH500828A publication Critical patent/CH500828A/fr

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Description


  
 



  Procédé pour la fabrication en continu d'articles en matières thermoplastiques expansées
 L'invention concerne un procédé de fabrication en continu d'articles en matière thermoplastique expansée comportant sur une ou leurs deux faces, ou bien sur des parties sélectionnées desdites faces, une peau formée de la même matière. Les procédés connus pour former des peaux sur des produits extrudés en matière   thermo-    plastique cellulaire ont principalement pour but de fabriquer des produits extrudés qui ne sont pas immédiatement transformés en pièces de forme. Cependant, ces techniques sont particulièrement avantageuses pour former un produit extrudé puis pour fabriquer sans interruption l'article final recouvert par une peau sur une ou sur deux faces ou bien sur des zones sélectionnées desdites faces.



   Des conditions soigneusement contrôlées doivent être observées pour former des articles expansés à partir d'une feuille de matière thermoplastique précédemment extrudée, et il est par exemple nécessaire de réchauffer la feuille puis de la mettre en forme par   l'un    des différents procédés de formage thermique couramment utilisés pour produire des articles à partir d'une feuille de matière thermoplastique. Il n'est pas toujours possible d'obtenir les caractéristiques particulières désirées en utilisant les techniques classiques. Par exemple, lorsqu'une pellicule ou feuille de styrène orienté est collée sur un substrat en mousse, l'orientation moléculaire est considérablement réduite ou même détruite lorsque la feuille est chauffée suffisamment pour permettre l'exécution des opérations appropriées de formage thermique.

  Ceci est en particulier le cas lorsque l'article doit être soumis à un emboutissage profond. Une autre difficulté rencontrée dans les procédés classiques résulte de ce que la densité de la mousse est fréquemment altérée pendant l'échauffement de la structure composite stratifiée puisque la capacité d'absorption et de transmission de chaleur de la peau non expansée est bien différente de celle du substrat en mousse. Un autre facteur plus important est que les procédés classiques font intervenir deux phases, à savoir en premier lieu une préparation soignée de la feuille composite et en second lieu un réchauffage et une opération de formage.



   L'invention a en conséquence pour but de remédier aux inconvénients précités. A cette fin, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on effectue de façon continue l'extrusion et l'expansion de la matière tout en refroidissant au moins une partie de la matière extrudée pour former sur celle-ci une peau non expansée constituée de la même matière, liée moléculairement à la partie interne expansée de la matière, puis on effectue immédiatement après le moulage d'articles dans la matière extrudée en utilisant la chaleur d'extrusion pour faciliter la phase de moulage.



   L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatifs, divers modes de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.



   Sur ces dessins:
 La fig. 1 est une coupe d'une forme de réalisation d'une tête d'extrusion.



   La fig. 2 est une vue schématique montrant une forme d'exécution de l'installation selon l'invention.



   La fig. 3 représente une variante de la tête d'extrusion de la fig. 1.



   On peut utiliser des têtes d'extrusion de différents types, à condition qu'elles soient équipées dans des zones adjacentes à leurs orifices d'extrusion de moyens appropriés pour refroidir au moins une surface du produit extrudé en vue d'empêcher une expansion de ladite surface et de former une peau.



   Sur la fig. 1, on a représenté en 5 un corps de filière comportant un conduit central 6 orienté longitudinalement et partant d'une source appropriée de matière  plastique en fusion (non représentée). L'extrémité de décharge du conduit 6 passe dans une tête d'extrusion 7 et communique avec un conduit d'entrée 8 de profil convergent situé au centre d'une lèvre de filière 9 de profil circulaire. Un chapeau d'extrémité 10, également de forme circulaire, coïncide avec la lèvre 9 et est fixé en position par des moyens appropriés, la face intérieure de ce chapeau d'extrémité étant munie d'un évidement conique 11 qui délimite une chambre d'alimentation 12 coaxiale au conduit 6 et au conduit convergent 8. Cette chambre comporte des parois latérales divergentes qui se terminent en un point légèrement espacé axialement et intérieurement de la périphérie du chapeau d'extrémité 10.

  Un élément d'adaptation 13 épouse le profil de la surface de la chambre 12, excepté que sa partie supérieure est munie d'une échancrure 12a en forme de V qui, lorsque l'élément 13 est mis en place, forme des surfaces radiales divergentes pour la chambre 12 de manière à créer un réservoir de profil évasé dont la paroi opposée est constituée par la partie supérieure de la lèvre circulaire 9.



   Egalement, pour faciliter le contrôle du produit extrudé à sa sortie des lèvres de filière, il est prévu un mandrin 14 dans une zone adjacente auxdites lèvres. Ce mandrin comprend de préférence un tube disposé verticalement, incurvé transversalement et maintenu de manière que, lorsque le produit extrudé 15 s'éloigne des lèvres de la filière, il soit écarté latéralement et supporté de manière à absorber au maximum la dilatation latérale du produit extrudé.



   Le dispositif de refroidissement de surface dans ce type de tête d'extrusion comprend un carter 16 de forme incurvée dans une zone immédiatement adjacente à l'orifice de décharge de la chambre d'extrusion   12a.    Le carter 16 est   alimenté    en air ou en gaz froid par l'intermédiaire du tube 17 à partir d'une source appropriée et il présente à son extrémité de décharge de préférence un profil convergent pour former un orifice de décharge incurvé 18 qui est orienté vers la surface adjacente du produit extrudé 15. De préférence, il est prévu dans le carter 15 une chicane 19 améliorant l'uniformité d'écoulement du fluide de refroidissement. A mesure que le produit extrudé 15 sort de la chambre d'extrusion   12a    il se dilate rapidement.

  Cependant, la surface qui a été refroidie au degré désiré reste non expansée et forme une peau   15a    dont l'épaisseur est contrôlée directement par le degré de refroidissement assuré par le carter 16. Bien que la peau se dilate latéralement, elle n'est pas soumise à une dilatation tridimensionnelle et reste sous la forme d'une enveloppe moléculairement homogène sur la couche sous-jacente de mousse de résine 15. Le produit extrudé recouvert de cette peau peut ensuit être traité dans un appareil de formage approprié, opérant par moulage sous vide ou par soufflage, pour donner une diversité d'articles en mousse de matière plastique.



   Il est à noter que la fente 18 est agencée de manière à faciliter la sortie d'un écoulement d'air ou d'un autre gaz de refroidissement uniformément et à vitesse élevée sur la surface adjacente du produit extrudé en vue de former la peau désirée. La quantité de gaz, son débit, sa température et la vitesse d'extrusion constituent des paramètres qui ont une influence sur l'épaisseur de la peau
 De préférence, un intervalle d'air 1 6a est ménagé entre le carter 16 et la tête d'extrusion pour maintenir une température correcte de refroidissement dans le carter et pour éviter un refroidissement de la tête d'extrusion et de la filière.



   En référence à la fig. 2 qui représente   schématique-    ment une forme d'exécution de l'installation selon l'invention, une matière thermoplastique expansible est extrudée dans la tête 7 de façon à former une feuille ou bande continue 15 qui est munie d'une peau sur une ou sur ses deux faces. La feuille passe sur un étrier d'étalement 14 puis sur la périphérie d'un tambour de formage 20 du type à dépression, qui forme les articles 21 dans la feuille 15. A l'aide d'un distributeur à séquence, une dépression est exercée dans les moules successifs du tambour de formage lorsque la feuille 15 est placée à plat contre les faces respectives du côté inférieur de la roue de formage et après que la feuille a été aplatie et allongée par l'étrier d'étalement 14.



   Les articles ainsi formés, tout en étant encore portés par la feuille 15, s'écartent tangentiellement du côté supérieur du tambour de formage et la feuille portant les articles est transférée dans le dispositif de découpage 22 où les articles mis en forme sont séparés de la feuille par sectionnement et sont dirigés vers un poste d'empilage (non représenté). La partie restante ou chute de la feuille 15 est canalisée vers une machine de granulation par les rouleaux de renvoi 23.



   Des dispositifs de refroidissement par air, tels que ceux schématiquement représentés en 24 et 25, sont dirigés vers des zones déterminées de la feuille passant sur le tambour de formage 20 de façon à faciliter l'opération de formage.



   L'installation n'est pas limitée à l'incorporation d'une filière telle que celle représentée sur la fig. 1 mais elle peut être du type comportant des lèvres de filière rectilignes en vue de l'extrusion d'une feuille plane, ou bien des lèvres de filière circulaires en vue de l'extrusion   d'un    produit tubulaire. La caractéristique essentielle consiste en ce que la feuille extrudée munie de la ou des peaux de recouvrement est transférée directement dans l'étage de formage immédiatement après extrusion en vue d'utiliser la chaleur d'extrusion pour plastifier la matière.



   En contrôlant le processus de refroidissement exécuté dans le carter 16   (fig.    1) ou dans une autre unité de refroidissement et en faisant arriver le fluide froid sur des zones sélectionnées d'une surface du produit   extrudé    où on désire former une peau, il est tout à fait possible d'obtenir un motif en damier dans lequel des parties munies d'une peau d'épaisseur importante sont alternées avec des parties à surfaces cellulaires normales. Egalement, il est possible de former des peaux seulement en des zones sélectionnées en contrôlant les périodes de refroidissement en fonction de la vitesse d'extrusion.



   Le refroidissement de la ou des surfaces du produit extrudé peut être assuré par conduction ou par convection et, dans le premier cas, il est préférable d'enduire les surfaces de refroidissement par conduction d'une matière antifriction telle que du   polytétrafluoroéthylène.   



   Dans le mode de réalisation de filière d'extrusion représenté sur la fig. 1, le volume de refroidissement   1 6a    est agencé de manière à isoler la tête d'extrusion de l'unité de refroidissement. Ce problème peut également être résolu en prévoyant un écran thermique entre ces deux unités.   il    est important que l'écran thermique ou le volume d'air isolant soient suffisamment efficaces pour maintenir un gradient élevé de température entre les lèvres de la filière et l'élément de production de peau. Un profil typique de gradient de température permet de maintenir le corps de filière 7 approximativement à la même température que le produit extrudé, par exemple  à 1500 C, tandis que l'unité de refroidissement 16 et le fluide de refroidissement sont maintenus à une température de -180 C par exemple.



   Comme indiqué précédemment, le refroidissement de la surface du produit extrudé peut également être assuré par conduction. Par exemple, sur la fig. 3, l'extrémité de décharge de la tête d'extrusion 7 est munie d'un anneau de   refroidissement    32 comportant des conduits 33 dans lesquels passe un fluide de refroidissement. Ce dispositif comprend des blocs isolants 31 placés entre la tête d'extrusion et l'anneau 32 de façon à conserver l'efficacité intégrale de refroidissement du fluide sans diminuer la température de la tête d'extrusion.



   Dans ce mode de réalisation, une embouchure annulaire 34 de profil divergent communique directement avec l'extrémité de décharge de l'orifice d'extrusion 8a et, lorsque le produit extrudé 15 passe dans l'embouchure, ses deux faces sont refroidies au degré désiré par l'anneau 32, ce qui permet de former sur le produit des peaux non expansées 15a et 15b sur lesdites faces opposées. Egalement, lorsqu'on désire former une peau seulement sur une face du produit, on n'utilise qu'un des conduits de refroidissement 33.



   De préférence, la ou les faces de refroidissement par conduction de l'embouchure 34 sont revêtues de polytétrafluoroéthylène ou d'une matière similaire à faible coefficient de frottement qui n'empêche pratiquement pas la transmission de chaleur.



   La divergence de l'embouchure 34 permet une certaine dilatation du produit extrudé même lorsque sa surface est en train d'être refroidie. Cependant, on peut employer une embouchure plane ou bien une embouchure partiellement plane ou partiellement divergente.



   Il est également à noter que l'épaisseur de la peau extérieure ainsi que la densité de la partie interne expansée du produit extrudé peuvent être commodément con   trôlées    dans le procédé et l'installation décrits.



   Il est en outre à noter que, dans le cas où on utilise un agent de gonflement soluble, on tire un avantage additionnel du procédé par rapport à un processus à deux phases, dans lequel le produit extrudé est réchauffé avant formage, du fait que l'agent de gonflement n'a pas le temps de s'échapper et est encore retenu pendant l'opération de formage pour améliorer l'aptitude au formage de la feuille par son effet plastifiant. Egalement, lorsque la matière extrudée contient des agents de gonflement solubles, on peut obtenir l'orientation moléculaire maximale aussi bien dans la peau que dans les parois cellulaires de la structure.

  L'orientation de la peau s'effectue par suite de l'allongement biaxial de la matière lorsqu'elle sort de la filière et subit une   expansion,    tandis que l'orientation des cellules est imputable au fait que l'agent de gonflement situé à l'intérieur de chaque cellule est sous pression au moment du formage et avant que l'agent ne s'échappe.



   REVENDICATION I
 Procédé de fabrication en continu d'articles en matière thermoplastique expansée, caractérisé en ce qu'on effectue de façon continue l'extrusion et l'expansion de la matière tout en refroidissant au moins une partie de la matière extrudée pour former sur celle-ci une peau non expansée constituée de la même matière, liée   molé-    culairement à la partie interne expansée de la matière, puis on effectue immédiatement après le moulage d'articles dans la matière extrudée en utilisant la chaleur d'extrusion pour faciliter la phase de moulage.



   SOUS-REVENDICATIONS
 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'opération de moulage est effectuée en opérant sous vide.



   2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le refroidissement de la matière extrudée est assuré par conduction.



   3. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le refroidissement de la matière extrudée est assuré par convection.



   4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le processus de refroidissement est contrôlé de manière à former une peau sur des zones sélectionnées de la matière extrudée.



   5. Procédé suivant la revendication I et la sousrevendication 2, caractérisé en ce qu'on lubrifie la surface du dispositif de refroidissement en contact avec la matière extrudée avec une matière antifriction.



   6. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que   l'on    contrôle l'épaisseur de la peau ainsi que la densité de la partie interne expansée de la matière extrudée.



   7. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'on extrude la matière sous forme de feuille.



   8. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que   l'on    extrude la matière sous forme de tube.



   9. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la peau de la matière extrudée est orientée   molé-    culairement lors de l'expansion de la matière.



   10. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la partie interne expansée est orientée moléculai   rement    lors de l'expansion de la matière.



   REVENDICATION Il
 Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle comprend une filière d'extrusion, des moyens de refroidissement disposés en aval de l'orifice d'extrusion, sur au moins un côté du passage de la matière extrudée et agencés pour refroidir la surface adjacente de la matière extrudée, ainsi qu'un ensemble de moulage pour recevoir la matière extrudée.



   SOUS-REVENDICATIONS
 11. Installation suivant la revendication II,   caracté-    risée en ce que lesdits moyens de refroidissement agissent par convection.



   12. Installation suivant la revendication   Il,      caracté-    risée en ce que lesdits moyens de refroidissement agissent par conduction.



   13. Installation suivant la revendication   Il,      caracté-    risée en ce que l'ensemble de moulage comprend un poste de moulage sous vide.



   14. Installation suivant la sous-revendication 13, caractérisée en ce que le poste de moulage comprend un tambour de formage tournant muni sur sa périphérie d'une série de moules sous vide.



   15. Installation suivant la revendication   Il,    caractérisée en ce que lesdits moyens de refroidissement et la filière   d'extrllsion    sont thermiquement isolés   l'un    de l'autre.



   16. Installation suivant la revendication Il et la sousrevendication 12, caractérisée en ce que la surface active des movens de refroidissement par conduction est recouverte d'une matière antifriction.

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

  1. **ATTENTION** debut du champ CLMS peut contenir fin de DESC **. à 1500 C, tandis que l'unité de refroidissement 16 et le fluide de refroidissement sont maintenus à une température de -180 C par exemple.
    Comme indiqué précédemment, le refroidissement de la surface du produit extrudé peut également être assuré par conduction. Par exemple, sur la fig. 3, l'extrémité de décharge de la tête d'extrusion 7 est munie d'un anneau de refroidissement 32 comportant des conduits 33 dans lesquels passe un fluide de refroidissement. Ce dispositif comprend des blocs isolants 31 placés entre la tête d'extrusion et l'anneau 32 de façon à conserver l'efficacité intégrale de refroidissement du fluide sans diminuer la température de la tête d'extrusion.
    Dans ce mode de réalisation, une embouchure annulaire 34 de profil divergent communique directement avec l'extrémité de décharge de l'orifice d'extrusion 8a et, lorsque le produit extrudé 15 passe dans l'embouchure, ses deux faces sont refroidies au degré désiré par l'anneau 32, ce qui permet de former sur le produit des peaux non expansées 15a et 15b sur lesdites faces opposées. Egalement, lorsqu'on désire former une peau seulement sur une face du produit, on n'utilise qu'un des conduits de refroidissement 33.
    De préférence, la ou les faces de refroidissement par conduction de l'embouchure 34 sont revêtues de polytétrafluoroéthylène ou d'une matière similaire à faible coefficient de frottement qui n'empêche pratiquement pas la transmission de chaleur.
    La divergence de l'embouchure 34 permet une certaine dilatation du produit extrudé même lorsque sa surface est en train d'être refroidie. Cependant, on peut employer une embouchure plane ou bien une embouchure partiellement plane ou partiellement divergente.
    Il est également à noter que l'épaisseur de la peau extérieure ainsi que la densité de la partie interne expansée du produit extrudé peuvent être commodément con trôlées dans le procédé et l'installation décrits.
    Il est en outre à noter que, dans le cas où on utilise un agent de gonflement soluble, on tire un avantage additionnel du procédé par rapport à un processus à deux phases, dans lequel le produit extrudé est réchauffé avant formage, du fait que l'agent de gonflement n'a pas le temps de s'échapper et est encore retenu pendant l'opération de formage pour améliorer l'aptitude au formage de la feuille par son effet plastifiant. Egalement, lorsque la matière extrudée contient des agents de gonflement solubles, on peut obtenir l'orientation moléculaire maximale aussi bien dans la peau que dans les parois cellulaires de la structure.
    L'orientation de la peau s'effectue par suite de l'allongement biaxial de la matière lorsqu'elle sort de la filière et subit une expansion, tandis que l'orientation des cellules est imputable au fait que l'agent de gonflement situé à l'intérieur de chaque cellule est sous pression au moment du formage et avant que l'agent ne s'échappe.
    REVENDICATION I Procédé de fabrication en continu d'articles en matière thermoplastique expansée, caractérisé en ce qu'on effectue de façon continue l'extrusion et l'expansion de la matière tout en refroidissant au moins une partie de la matière extrudée pour former sur celle-ci une peau non expansée constituée de la même matière, liée molé- culairement à la partie interne expansée de la matière, puis on effectue immédiatement après le moulage d'articles dans la matière extrudée en utilisant la chaleur d'extrusion pour faciliter la phase de moulage.
    SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'opération de moulage est effectuée en opérant sous vide.
    2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le refroidissement de la matière extrudée est assuré par conduction.
    3. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le refroidissement de la matière extrudée est assuré par convection.
    4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le processus de refroidissement est contrôlé de manière à former une peau sur des zones sélectionnées de la matière extrudée.
    5. Procédé suivant la revendication I et la sousrevendication 2, caractérisé en ce qu'on lubrifie la surface du dispositif de refroidissement en contact avec la matière extrudée avec une matière antifriction.
    6. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'on contrôle l'épaisseur de la peau ainsi que la densité de la partie interne expansée de la matière extrudée.
    7. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'on extrude la matière sous forme de feuille.
    8. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'on extrude la matière sous forme de tube.
    9. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la peau de la matière extrudée est orientée molé- culairement lors de l'expansion de la matière.
    10. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la partie interne expansée est orientée moléculai rement lors de l'expansion de la matière.
    REVENDICATION Il Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle comprend une filière d'extrusion, des moyens de refroidissement disposés en aval de l'orifice d'extrusion, sur au moins un côté du passage de la matière extrudée et agencés pour refroidir la surface adjacente de la matière extrudée, ainsi qu'un ensemble de moulage pour recevoir la matière extrudée.
    SOUS-REVENDICATIONS 11. Installation suivant la revendication II, caracté- risée en ce que lesdits moyens de refroidissement agissent par convection.
    12. Installation suivant la revendication Il, caracté- risée en ce que lesdits moyens de refroidissement agissent par conduction.
    13. Installation suivant la revendication Il, caracté- risée en ce que l'ensemble de moulage comprend un poste de moulage sous vide.
    14. Installation suivant la sous-revendication 13, caractérisée en ce que le poste de moulage comprend un tambour de formage tournant muni sur sa périphérie d'une série de moules sous vide.
    15. Installation suivant la revendication Il, caractérisée en ce que lesdits moyens de refroidissement et la filière d'extrllsion sont thermiquement isolés l'un de l'autre.
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