Procédé de fabrication d'un tube aplati en matière thermoplastique.
L'invention concerne un procédé de fabrication de tubes et plus particulièrement un procédé de fabrication à sec de tubes à paroi mince continue, sans soudure, possédant des caractéristiques prédéterminées, à partir de matériaux organiques thermoplastiques.
L'un des buts de la présente invention est de réaliser un procédé de fabrication à sec de tubes à paroi mince continue, sans soudure, à partir d'un matériau organique thermoplastique fondu.
Un autre but de l'invention est de réaliser des tubes de ce type possédant des caracté- ristiques prédéterminées.
Le procédé suivant l'invention est caracté- risé en ce qu'on extrude à sec de façon con- tinue un matériau thermoplastique fondu sous la forme d'un tube sans soudure, qu'on étire de façon continue le tube à partir du point d'extrusion, qu'on l'aplatit en un point distant du point d'extrusion, qu'on maintient une inelusion continue, isolée et sensiblement constante d'un agent gazeux dans la section du tube comprise entre le point d'extrusion et le point d'aplatissement, la quantité de 1'agent gazeux constituant ladite inclusion étant telle qu'elle dilate le tube pendant qu'il est a l'état plastique en formation jusqu'à un diamètre donné prédéterminé, en un point situé au-delà du point d'extrusion,
ledit diamètre étant différent de celui du tube au point d'extrusion. qu'on fait passer le tube, pendant qu'il est encore à l'état plastique en formation, à travers des courants d'un agent gazeux de refroidissement projetés au voisinage du point d'extrusion, ledit agent de refroidissement frappant le tube sur sa périphérie, de façon à le refroidir à un point tel que lorsque le tube a été dilaté par ladite e inclusion jusqu'au diamètre prédéterminé dé- siré, il soit durci, la vitesse de traction du tube, le degré de dilatation et le degré de refroidissement du tube étant proportionnés de façon à donner au tube les caractéristiques prédéterminées désirées.
Le terme état plastique en formations est utilisé ici pour définir l'état du plastique avant qu'il ait complètement fait prise et pouvant être élargi de façon permanente, par r étirage par exemple.
Le procédé peut être mis en oeuvre au moyen d'un appareil tel que celui représenté, à titre d'exemple, au dessin annexé qui en représente deux formes d'exécution.
La fig. 1 est une élévation latérale schématique (Textrudeur étant en partie en coupe) de la premi¯re forme d'exÚcution.
La fig. 2 est une ÚlÚvation latÚrale schÚimatique, partie en coupe, de la deuxième forme d'exécution.
En se référant au dessin annexé, un extrudeur 10 comporte à l'une de ses extrémités une trémie d'alimentation 12 qui introduit le matériau thermoplastique choisi dans une chambre 14 d'une vis d'Archimède de l'extrudeur.
Un vibrateur électrique 16, de construc- lion connue, coopère avec la trémie 12 pour accélérer l'alimentation du matériau dans l'extrudeur. ISne vis 18 à filet unique, logée dans la chambre 14, fait avancer sous l'effet : te sa rotation le matériau le long de l'extru- deur.
La. rotation de la vis 18 a lieu sous la commande d'un dispositif d'un type connu, non représenté. L'extrudeur comporte une chambre chemisée 20 à travers laquelle circule un fluide chauffant.
Tandis que le matériau est poussé dans l'extrudeur par la vis 18, il est à l'état fondu et il arrive dans cet état dans un coude 22 à 90 , boulonné sur la tête 24 de l'extrudeur.
Une matrice 26 est fixée d'une manière appropriée à. l'extrémité d'évacuation du coude 22 et reçoit le matériau.
La matrice 26 présente un orifice annu- laire 28, duquel la masse fondue sort dans l'air sous la forme d'un tube 30 de matière thermoplastique chaude, visqueuse et analo- bue à de la gomme. La matrice 26 présente un orifice central 32, relié à une amenée annulaire d'air 34, par laquelle ce dernier est introduit à l'intérieur du tube en vue de le dilater. L'amenée d'air 34 est munie d'une soupape non représentée, déposée de manière que lorsque la quantité d'air désirée a été introduite dans le tube, la soupape se ferme et empêche toute introduction supplémentaire d'air à l'intérieur du tube.
Au cas où la quantité d'air diminuerait, par suite de fuites ou autrement, on peut ajouter la quantité nécessaire d'air en manoeuvrant convenablement la soupape.
Le tube 30 dilaté est tiré vers le haut et passe à l'intérieur d'un serpentin 36 dont chaque spire est percée d'un certain nombre d'orifices 38, placés à distance déterminée et d'une dimension appropriée.
Le serpentin 36 est parcouru par un cou- rant d'air de refroidissement qui entre par ses deux extrémités : cet air s'échappe du serpentin à travers les orifices 38 et arrive sur la surface extérieure du tube. Le courant d'air de refroidissement sert à refroidir et à durcir le tube en cours de dilatation jusqu'au point de son trajet ascendant où il a à peu près atteint le diamètre final désiré. En gé- néral, le tube atteint ce point à peu près à une distance de 25 mm au-dessus de l'orifice de la dernière spire du serpentin. Ensuite, le tube qui passe dans atmosphère ambiante ne subit plus aucune dilatation au cours du restant de son trajet.
Le tube dilaté est étiré à partir de la matrice 26 dans une direction à peu près verti- cale à travers le serpentin 36 et de là dans l'atmosphère environnante, par une paire de rouleaux presseurs 42 et 44 qui servent également à l'aplatir lorsqu'il passe entre eux, de façon à lui donner li forme d'un ruban aplati. Le tube aplati, indiqué en 46, passe au-dessus du rouleau 44 et il est enroulé sur un envidoir 48 entraîné par un moteur (non représenté) Entre le rouleau 44 et l'envidoir 48, des rouleaux de guidage 50 et 52 assurent la direction du tube aplati 46.
L'air destiné à la dilatation du tube est introduit en quantité suffisante pour le dilater au diamètre final désiré, tandis qu'il est encore à l'état plastique en formation. Après l'introduction de cette quantité d'air dans l'appareil, la soupape de réglage de l'arrivée d'air est fermée et l'air est emprisonné à l'in- térieur de la section du tube comprise entre la ligne de contact des rouleaux presseurs 42 et 44 et le matériau thermoplastique fondu dans l'orifice annulaire 28.
Dans la fig. 1, le serpentin 36 est situé à proximité immédiate de la matrice 26, et la dilatation du tube au diamètre désiré, pendant qu'il est à l'état plastique en formation, se produit rapidement. Après obtention du diamètre final désiré. le matériau thermoplastique constituant le tube étant à l'état durci, ce dernier n'est plus soumis à aucune dilatation ultérieure.
Bien qu'il soit préférable d'assurer la dilatation du tube au diamètre prédétermine désiré au voisinage de la matrice, comme expliqué précédemment, l'invention n'est pas limitée à cette manière de procéder. Cette dilatation peut être également obtenue en n'importe quel endroit entre la face de la matrice et la ligne de contact des rouleaux presseurs.
La fig. 2 représente une forme d'exécution de l'appareil, dans laquelle le tube est dilaté au diamètre final désiré à proximité des rouleaux 42 et 44. Ce résultat est obtenu en uti- lisant une quantité, une pression et une température de l'air telles qu'elles assurent un refroidissement partiel (superfieiel seule ment), mais non total. du tube extrudé. Ce dernier est ainsi capable de subir une dilatation ultérieure, bien qu'un certain refroidissement ait déjà été réalisé. Le tube à l'état plastique en formation tend à se dilater le plus facilement au point où il est le plus mince, toutes choses étant égales d'ailleurs.
Etant donné que le tube est tiré par les rouleaux 42 et 44, il est orienté dans la direction de l'appareil et aequiert également un allongement linéaire lors de sa traction vers le haut, la pellicule s'amincissant au fur et à mesure qu'elle est tirée vers le haut par lesdits rouleaux. La pellicule atteint ainsi son épaisseur minimum et finale juste avant de passer entre les rouleaux. Il s'ensuit que la pression de l'air à l'intérieur du tube à l'état plastique en formation dilate ce dernier au voisinage des rouleaux, étant donné que son épaisseur est minimum précisément à cet endroit.
Pour réaliser le procédé selon l'invention, on introduit le matériau thermoplastique choisi dans l'extrudeur et l'on fait tourner la vis transporteuse à une certaine vitesse, ce qui force le matériau à l'état fondu à s'extruder à travers l'orifice annulaire d'une matrice convenablement choisie. Le matériau extrudé, qui a la forme d'un tube sans soudure, passe alors entre les rouleaux presseurs.
On introduit de l'air dans la partie du tube comprise entre la matrice et la ligne de contact des rouleaux presseurs, en quantité suffisante pour le dilater au diamètre désiré. Ce réglage est obtenu en diminuant ou augmentant la quantité d'air, d'après la mesure que l'on effectue de la largeur du ruban plat en provenance du tube aplati. La quantité de I'air de refroidissement, qui dépend de l'en- droit du trajet ascendant suivi par le tube où ce dernier doit se durcir, est ensuite déterminée. Cette quantité, bien qu'à peu près constante pour un ensemble déterminé de conditions, peut varier en fonction des variables suivantes :
1. Vitesse du tube extrudé sur son trajet
ascendant.
2. Température de l'air de refroidissement
extérieur.
3. Humidité de l air de refroidissement
extérieur.
4. Température ambiante.
5. Température du matériau extrudé.
6. Chaleur spécifique du matériau thermo-
plastique.
Il y a lieu de remarquer que dans le procédé décrit ci-dessus de façon générale, la pression de l'air intérieur, le volume de l'air extérieur et. le diamètre de la matrice sont déterminés l'un par rapport à. l'autre, de façon à produire un tube de earactéristi- ques prédéterminées (toutes les autres variables étant maintenues constantes par ailleurs).
Les détails et la façon de procéder à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ressortiront des exemples suivants, lesquels ont été choisis à titre d'exemples de mise en oeuvre.
Exemple T :
Pour obtenir un tube de 20 em de largeur à l'état de ruban et de 0, 075 mm d'épaisseur de paroi, dont la résistance à la traction dans le sens longitudinal soit à peu près égale a. celle dans le sens transversal et dont la résistanee au cisaillement dans le sens longitu- dinal soit à peu près égale à celle dans le sens transversal, on extrude du polyéthylène fondu dans un appareil du type représenté à la fig.
1, à raison de 7, 93 kg par heure, à travers une matrice ayant un orifice annulaire de 0, 45 mm de largeur et 63 mm de diamètre (mesuré sur son bord intérieur), la température du polyéthylène a la sortie de la matrice étant de 133-1-430 C. On introduit à 1'intérieur du tube, à travers le tuyau 34, une quantité d'air suffisante pour le dila ter pendant qu'il est à l'état plastique en formation, jusqu'à un diamètre final de 12, 75 cm, lequel, après aplatissement, produira un ruban aplati de 20 cm de largeur.
Après introduction de cette quantité d'air, on arrête l'arrivée de l'air ;'l'air enfermé à l'intérieur du tube forme une inclusion d'a. ir isolée qui est renfermée dans le tube entre le sommet de la matrice et la ligne de contact des rouleaux. Dès que le tube sort de la matrice, l'inclusion gazeuse commence à le dilater. Le tube est tiré à travers la zone d'action du serpentin de refroidissement 36 qui est situé à proximité immédiate de la matriee, de telle sorte que l'air sortant de la spire inférieure frappe contre le tube, tandis que ce dernier se trouve à peu près à 25 mm de la matrice.
On fait arriver sur la circonférence extérieure du tube ascendant une grande quan- tité d'air à la température ambiante (26 C), par exemple à raison d'au moins 2 m par minute, à peu près au point de son trajet ascendant où l'on désire effectuer la prise ou solidification du tube et empêcher ainsi une dilatation ultérieure. Le tube qui, en raison de la pression de l'air intérieur, commen fait à se dilater dès sa sortie de la matrice, se dilate au diamètre final désiré à 25 cm à peu près de son trajet ascendant, et le courant d'air extérieur de refroidissement assure la prise du tube à peu près au point de son trajet où il a atteint son diamètre final.
En général, le tube atteint son diamètre final 25 mm à peu près au-dessus des derniers trous de sortie de l'air de refroidissement.
Après que le tube est sorti de la zone de refroidissement, il passe à travers une atmosphère ambiante libre qui, dans cet exemple, est celle- : de la chambre dans laquelle est installé l'appareil.
ExeerLple
Pour obtenir un tube de 20 cm de largeur à l'état de ruban et de 0, 075 mm d'épaisseur de paroi, dont la résistance à la traction dans le sens longitudinal soit supérieure à celle dans le sens transversal et dont la résistance au cisaillement dans le sens transversal soit supérieure à celle dans le sens longitudinal, le procédé et les conditions sont les mêmes que ceux décrits dans l'exemple I, sauf que l'on admet une plus petite quantité d'air à la température ambiante (26 C) dans le serpentin 36 ; cette quantité est inférieure à 0, 7 m3 d'air à la minute.
Cette quantité d'air ne suffit pas pour effectuer la prise com- plète du tube extrudé, mais elle assure la prise d'une partie seulement de la surface de ce dernier. Ainsi, le tube est encore à l'état t plastique en formation et capable d'une dila- tation ultérieure, même après un certain refroidissement.
Toutes choses étant égales d'ailleurs, un tube à l'état plastique en formation tend à se dilater à son endroit le plus mince. Au fur et à mesure qu'il est tiré par les rouleaux presseurs, il aequiert une dilatation linéaire dans le sens longitudinal. la pellicule devenant de plus en plus mince au fur et à mesure qu'elle est tirée vers le haut. La pellicule atteint son épaisseur minimum et finale juste avant de s'engager entre les rouleaux, endroit auquel la pression de 1'air inclus dilate le tube au diamètre prédéterminé désiré.
Exemple IIL :
Pour obtenir un tube de 20 cm de largeur à l'état de ruban et de 0, 075 mm d'épaisseur de paroi, dont la résistance à la traction dans le sens transversal soit supérieure à celle dans le sens longitudinal et dont la résistance au cisaillement dans le sens longitudinal soit supérieure à celle dans le sens transversal, le procédé et. les conditions sont les mêmes que dans l'exemple I, sauf quon uti- lise une matrice dont. l'orifice annulaire a une largeur de 0, 45 mm et dont le diamètre (mesuré entre les bords intérieurs) est de 25 mm.
Il est évident que le procédé est à peu près le même que celui de l'exemple I, sauf que du fait de l'utilisation d'une matrice plus petite le tube est davantage dilaté, ce qui permet d'obtenir les caractéristiques dé- sirées.
Dans les exemples, l'humidité relative de l'air de refroidissement était de 71 /o et les volumes de l'air étaient mesurés sous la pression atmosphérique.
La pression de l'air dans le serpentin de refroidissement conditionne le volume d'air qui en sort, et ceci est mis à profit pour obte nir le volume désire d'air de refroidissement.
En,, énéral, la pression dans Se serpentin est comprise entre 0. 07 et 0, 7 kgjem2.
Si l'on désire une quantité supplémentaire d'air de refroidissement, on augmente la pression, et inversement. On utilise à cet effet des dispositifs ordinaires de réglage de la pres sion. En pratique, l'air sous pression est fourni au serpentin à partir d'une source appropriée d'alimentation où il est maintenu à une pression supérieure à celle nécessaire dans le serpentin, de l'ordre par exemple de 5, 6 kglem2, cette pression étant abaissée et réglée par des régulateurs ordinaires de pression, en vue de fournir l'air au serpentin sous la pression désirée.
Bien que les exemples précédents soient relatifs à l'obtention de tubes sans soudure à partir de polyéthylène, il est évident que l'in- vention n'est pas limitée à ces exemples. En général, le procédé selon 1'invention peut être utilisé avec un matériau thermoplastique quelconque et avec un mélange quelconque de caoutchoucs synthétiques et desdits matériaux.
Chaque substance ou composition thermo- plastique possède certaines propriétés qui né cessitent la détermination expérimentale de la manière dont les variables doivent être ajustées, afin d'obtenir un tube présentant les caractéristiques désirées. Ceci s'applique en particulier à la quantité de l'air de refroidissement, étant donné que la température à la sortie de la matrice peut varier avec les diverses substances ou compositions thermoplastiques.
Le tableau ci-après donne, à titre d'exemple, une liste de matériaux thermoplastiques pouvant être utilisés dans le procédé selon l'invention avec indication des températures de la masse fondue aux bords de la matrice :
Température de la
Substance masse fondue aux
bords de la matrice
(¯C)
Acétate de cellulose.................. 183-193
Butyrate d'acétate de cellulose.............. 177183
Cellulose éthylique 200215
Polymère de métaerylate de méthyle........ 243-255
Nylon (qualité d'extrusion ou de moulage)......... 246-275
Polystyrène......'432
Formal aeéto-butyral polyvinylique...........
150-170
Copolymère de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle (vinylite). 165--170
Chlorure de polyvinyle (Geon).............. 177-187
Copolymère de chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène (Saran) 1831. 87
Bien que les résultats puissent être obtenus lorsque la température du matériau thermo- plastique aux bords de la matrice est celle indiquée ci-dessus, la température desdits bords peut être supérieure de 30 C au point de fusion du matériau utilisé, mais pas suprieure à 275 C.
Les propriétés de la substance ou composition thermoplastique peuvent être modifiées en y incorporant des agents appropriés tels que des plastifiants, matériaux de charge, agents colorants, agents empêchant la décomposition par la chaleur, antioxydants, etc.
Dans les exemples, le serpentin de refroidissement éta. it situé à 25 mm environ de la face de la matrice et s'étendait vers le haut sur une distance de 15 à 18 cm environ. Ce- pendant, le serpentin peut être situé aussi près que possible de la matrice ou en être distant de 7, 5 em. La hauteur totale des spires du serpentin n'est pas limitée à une dimension quelconque. Cette hauteur est dé- terminée par la quantité d'air de refroidissement à fournir et celle-ci à son tour dépend du matériau thermoplastique particulier à extruder.
Dans les exemples, la pression de 1'air intérieur, le volume de 1'air de refroidissement à une température appropriée quelcon- que et le diamètre de la matrice-sont pro portionnés l'un par rapport à l'autre en vue d'obtenir un. tube présentant des earaetéristi- ques prédéterminées désirées, tandis que toutes les autres conditions, telle que par exemple la vitesse de la vis transporteuse, a température d'extrusion, la vitesse des rouleaux presseurs, la température ambiante, la largeur de l'orifice de la matrice, l'humidité de 1'air de refroidissement, etc., sont maintenues constantes.
Evidemment, si l'une ou plus d'une de ces conditions qui sont maintenues constantes dans les exemples venaient à être mo- difiées, il y aurait lieu de modifier en conséquence la pression de l'air intérieur, le volume de l'air de refroidissement et le diamè- tre de l'orifice de la matrice, afin de compen- ser ces variations. Cette détermination des conditions nécessaires peut, selon les phéno- mènes constatés lors de la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, être effeetuée par simple expérience.
En général, tou- tefois, étant donné que dans un appareil donné certaines caractéristiques peuvent être maintenues constantes, les trois variables (pression de l'air intérieur, volume de l'air de refroidissement, diamètre de. la matrice) peuvent être modifiées et réglées le plus aisé- ment.
On a décrit le procédé en utilisant l'air comme moyen de dilatation. Il constitue le moyen préféré, mais on peut utiliser tout autre corps gazeux qui n'exerce pas d'aetion nuisible sur la matière du tube à obtenir.
Dans le procède décrit ci-dessus, l'agent de refroidissement consistait en de l'air à la température ambiante. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette température particulière, l'air pouvant être refroidi auparavant à une température inférieure à la température ambiante. En outre, au lieu d'employer un-serpentin de refroidissement, on peut employer tout autre dispositif connu de refroidissement.
Le procédé décrit convient particulièrement à la fabrication de tubes continus à paroi mince. Bien que, ainsi que les exemples l'ont montré, on puisse fabriquer des tubes dont la paroi a une épaisseur de 0, 075 mm, on peut également fabriquer des tubes dont la paroi a une épaisseur pouvant aller de 0, 0125 mm à 0, 5 mm ou davantage.
En général, la largeur de l'orifice de la matrice est indifférente. Elle doit être suffi- sante pour fournir le matériau fondu en quantité suffisante pour obtenir le tube de dimension désirée.
Le diamètre de la matrice entre les bords est tel que le tube à l'état plastique en formation puisse être dilaté à un diamètre de deux à einq fois celui de la matrice.
Bien que le procédé décrit ci-dessus ait trait à la dilatation du tube extrudé, pendant qu'il est à l'état plastique en formation, à un diamètre supérieur à celui de la matrice, l'invention n'est pas limitée à ce cas. Le procédé peut être utilisé pour la production de tubes de caractéristiques prédéterminées et d'un diamètre inférieur à celui de l'orifice de la matrice. Ce résultat peut être atteint en augmentant la vitesse des rouleaux presseurs et en ajustant la pression d'air intérieur à ce qui est juste suffisant pour maintenir le tube contracté au diamètre désiré, étant entendu naturellement que le tube à l'état plastique en formation est soumis au refroidissement comme décrit ci-dessus.
Dans une mise en oeuvre préférée du procédé selon 1 invention. le tube est extrudé en direction ascendante. Cependant, les mêmes principes peuvent également être appliqués dans, le cas d'un extrudage horizontal ou descendant.
Pour exécuter une extrusion descendante, la matrice est renversée de manière à s'ouvrir vers le bas, et le serpentin de refroidissement, les rouleaux presseurs et l'envidoir sont disposes en conséquence. Dans ce cas, il suffit d'adapter la vitesse des rouleaux presseurs à l'action de la pesanteur pour obtenir un tube analogue à celui obtenu par une extrusion ascendante.
Pour procéder à une extrusion en direction horizontale, on dispose simplement les rouleaux presseurs en conséquence sans qu'a. u- cune précaution spéciale e ne soit nécessaire.
Toutefois, l'action de la gravité peut avoir tendance à produire un film légèrement plus épais dans sa partie inférieure. Si l'on désire obtenir un produit d'épaisseur plus ré gulière, il suffit de diminuer progressivement la largeur de l'ouverture de la matrice vers de bas, afin de compenser l'action de la pesanteur sur le tube extrudé. Dans ce cas, on emploie une matrice dont l'ouverture est excentrique.
REVENDICATIONS :
I. Procédé de fabrication d'un tube aplati en matière thermoplastique, caractérisé en ce qu'on extrude à see de façon continue un ma tériau thermoplastique fondu sous la forme d'un tube sans soudure, qu'on étire de façon continue le tube à partir du point d'extrusion, qu'on 1'aplatit en un point distant du point d'extrusion, qu'on maintien une inelu sion continue, isolée et sensiblement constante d'un agent gazeux dans la section du tube comprise entre le point d'extrusion et le point d'aplatissement, la quantité de l'agent gazeux constituant ladite inclusion étant telle qu'elle dilate le tube pendant qu'il est à l'état plastique en formation jusqu'à un diamètre donné prédéterminé, en un point situé au-delà du point d'extrusion,
ledit diamètre étant diffé- rent de celui du tube au point d'extrusion, qu'on fait passer le tube, pendant qu'il est encore à l'état plastique en formation, à travers des courants d'un agent gazeux de re froidissement projetés au voisinage du point d'extrusion, ledit agent de refroidissement frappant le tube sur sa périphérie, de façon à le refroidir à un point tel que lorsque le tube a été dilaté par ladite inclusion jusqu'au diamètre prédéterminé désiré, il soit durci, la vitesse de traction du tube, le degré de dilatation et le degré de refroidissement du tube étant proportionnés de façon à donner au tube les caractéristiques prédéterminées désirées.
II. Tube aplati en matière thermoplasti- que obtenu par le procédé suivant la reven dication I.