LU88234A1 - Procede d'extrusion de profiles creux - Google Patents
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Description
Procédé d’extrusion de profilés creux
La présente invention concerne un procédé d'extrusion de profilés creux, tubes et similaires en matériaux polymères à structure de paroi composite dans lesquels, vu en coupe transversale, une couche polymère de structuration différente se raccorde comme partie de paroi intermédiaire à une paroi extérieure en matériau polymère compact, la partie de paroi intermédiaire étant à nouveau recouverte, vers l'intérieur, d'une paroi en matériau polymère compact ; l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.
On connaît par le fascicule de brevet européen n° 0 019 564 un procédé de fabrication de tubes en matière plastique par extrusion, les tubes en matière plastique ainsi réalisés présentant une structure de paroi multicouches. Un matériau de remplissage est introduit entre la paroi extérieure et la paroi intérieure au cours du processus de coextrusion.
Dans les procédés connus de coextrusion, la matière plastique pour la paroi extérieure et la paroi intérieure est refoulée par une extru-deuse dans une tête distributrice. Cette matière plastique y est séparée en deux voies d'écoulement s'étendant coaxialement et, à partir d'une autre extrudeuse, on introduit entre ces voies d'écoulement le matériau de remplissage, qui constitue la troisième voie d'écoulement. En rapprochant et mettant en contact mutuel ces trois couches, on forme une structure à trois couches qui, à sa sortie de la tête distributrice, voit son diamètre augmenté puis réduit à la dimension finale souhaitée, en comprimant le matériau de remplissage.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé-possède une tête distributrice pouvant être chauffée et réglée, qui est alimentée par une extrudeuse pour la paroi extérieure et la paroi intérieure, et par une autre extrudeuse pour le matériau de remplissage.
La tête distributrice proprement dite présente des éléments de séparation pour former les différentes voies d'écoulement, et elle possède un dispositif pour introduire le matériau de remplissage entre les deux voies d'écoulement pour la matière plastique pour la paroi extérieure et la paroi intérieure.
L'outil possède, en raccordement à la tête distributrice, un mandrin d'outil présentant une partie conique ·divergente, sur laquelle les trois couches du tube sont amenées à un diamètre maximal. Dans la région du diamètre maximal, le mandrin d'outil est assemblé à l'outil par des supports du genre nervures. Les supports du genre nervures traversent radialement les couches du tube, et ces points de séparation sont à nouveau réunis et assemblés par soudage une fois que les couches du tube ont passé la région des supports. Après avoir passé le développement radial maximal du mandrin d'outil (qui est supérieur au diamètre du tube définitif), les trois couches du tube sont amenées aux dimensions du tube définitif dans une partie convergente du mandrin d'outil, en comprimant la couche intermédiaire.
Ce procédé et ce dispositif selon l'état de la technique permettent de réaliser des tubes multicouches, connus sous le nom de tubes à âme moussée. Mais ces tubes multicouches présentent l'inconvénient qu'en un point du déroulement de la fabrication, les trois couches ont été séparées de part en part par les supports du genre nervures du mandrin d'outil, et que ces points de séparation complète doivent être ensuite à nouveau réunis et assemblés par soudage. Cela engendre, notamment dans la région de la couche moussée intermédiaire, des points faibles dans la structure du tube, qui deviennent des points de rupture privilégiée lorsque le tube est sollicité en pression. Cet inconvénient empêche d'utiliser de manière optimale un tube multicouches produit avec le procédé décrit.
Afin de remédier à cet inconvénient, le fascicule de brevet européen n° 0 236 645 propose de diviser l'outil en trois canaux annulaires.
Deux de ces canaux sont destinés à la paroi extérieure et la paroi intérieure du tube, et ils entourent le canal pour Pâme du tube et lui sont réunis dans 1'outil. Les trois canaux sont disposés de manière axialement asymétrique par rapport à l'axe de l'outil et le mandrin d'outil est assemblé rigidement à l'ossature de l'extrudeuse de manière directe, au-dessus du dispositif d'alimentation en matériau. Dans cette solution, la fixation directe du mandrin d'outil à l'ossature de l'extrudeuse supprime les nervures de fixation du mandrin à l'outil. Il n'y a donc plus de risque de "points de rupture privilégiée". Toutefois, par suite des parcours d'écoulement compliqués des matières plastiques, qui sont ici imposés par la conception, l'outil proprement dit ne peut être utilisé avec succès que pour des matières plastiques très fluides et non, par exemple, pour du PVC dur.
C'est ici qu'intervient l’invention, qui a pour but d'indiquer un procédé et un dispositif de fabrication de tubes multicouches qui permette de traiter n'importe quel matériau polymère et qui ne donne plus lieu aux conséquences néfastes de "points de rupture privilégiée" traversant la totalité de l'épaisseur de paroi. A cet effet, l'invention propose qu'au moins le matériau polymère compact de la paroi intérieure ne soit alimenté que dans la partie d’outil cylindrique avant à la combinaison paroi extérieure/ partie de paroi intermédiaire qui, jusqu'à ce point, est refoulée conjointement sur le mandrin d'élargissement, et soit assemblé en cet endroit par soudage par extrusion à la périphérie intérieure de la partie de paroi intermédiaire ; l'invention propose également que les points de soudure longitudinale entre les parties de paroi, qui, pour des raisons techniques de fabrication, sont conjointement guidés dans la direction d'écoulement des flux de matériaux polymères pour les différentes parties de paroi, soient disposés en décalage mutuel dans la structure de paroi multicouches.
Avec un tel déroulement du processus, les points de séparation engendrés par les nervures de maintien sont, en ce qui concerne la paroi extérieure et la paroi intermédiaire, directement superposés, comme cela a été décrit pour l'état de la technique. Le matériau polymère compact de la paroi intérieure est introduit à l'intérieur du mandrin d'outil principal par un canal d'injection, et il y alimente le canal annulaire formé par un mandrin d'outil intérieur.
Ce mandrin d'outil intérieur est assemblé par des nervures de maintien aux régions de canal annulaire associées du mandrin d'outil principal. La matière plastique pour la paroi intérieure est séparée par ces nervures de maintien, puis réassemblée par soudage après les avoir passé. L'aspect essentiel du procédé selon l'invention est le fait que les nervures de maintien pour le mandrin d'outil intérieur sont disposées en décalage par rapport aux nervures de maintien du mandrin d'outil principal. Selon l'invention, cela a pour conséquence que le "point de rupture privilégiée", qui est produit par .les nervures'de maintien du mandrin d'outil principal dans la paroi extérieure et dans la paroi intermédiaire, est recouvert d'une partie de paroi compacte de la paroi intérieure. Cette partie de paroi compacte empêche le "point de rupture privilégiée" de traverser linéairement la totalité de la section de la paroi, et elle donne à un tube multicouches réalisé de la sorte un comportement de rupture considérablement amélioré par rapport à l'état de la technique.
Selon l'invention, on peut encore améliorer ce comportement de rupture si tant le matériau polymère compact de la paroi intérieure que le matériau polymère compact de la paroi extérieure ne sont alimentés que dans la partie d'outil ‘ cylindrique avant, après le cône d'élargissement, à la partie de paroi intermédiaire qui est refoulée jusqu'à ce point, et s'ils sont assemblés par soudage par extrusion à la périphérie extérieure et à la périphérie intérieure de la partie de paroi intermédiaire. Avec un tel déroulement du processus, le matériau polymère de la paroi extérieure ne passe par aucun point de séparation servant à maintenir un mandrin d'outil. Au contraire, le canal annulaire pour le matériau polymère de la paroi extérieure est directement alimenté par l'ouverture d'injection de l'extrudeuse d'alimentation, et le matériau polymère pour la paroi extérieure est ainsi directement injecté sur la périphérie extérieure de la partie de paroi intermédiaire, dans la partie d'outil cylindrique avant. Il est sans importance pour le procédé selon l'invention que la région d'alimentation par injection du matériau polymère compact pour la paroi extérieure se trouve avant ou après la région d’alimentation par injection du matériau polymère compact pour la paroi intérieure.
Les nervures de maintien du mandrin d'outil intérieur, qui forme le canal annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure, sont ici disposées avec exactement le même décalage, par rapport aux nervures de maintien du mandrin d'outil principal, qui a été décrit pour la première variante du procédé. Avec cette seconde variante, il n'y a donc plus, dans la section de la paroi d'un tel tube multicouches, de '"point‘de rupture privilégiée" qui traverse plus d'une couche. Dans cette variante, on ne trouve plus de tels "points de rupture privilégiée" que dans la paroi intérieure et dans la partie de paroi intermédiaire. Toutefois, du fait des nervures de maintien particulières des mandrins d'outil, ces "points de rupture privilégiée" y sont mutuellement décalés de telle sorte que chaque "zone de points de rupture privilégiée" est recouverte d'une partie de paroi compacte. Etant donné qu'il n'y a absolument aucun "point de rupture privilégiée" dans la paroi extérieure, un tel tube multicouches offre une résistance à la rupture optimale, avec un coût de fabrication raisonnable.
Il entre dans le cadre de l'invention que les canaux d'alimentation pour le matériau polymère compact de la paroi extérieure ainsi que pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure soient alimentés à partir de la même source d'extrusion. Mais on peut aussi utiliser des extrudeuses d'alimentation respectives différentes.
Pour un profilé ou tube réalisé avec le procédé selon l'invention, la couche polymère de structuration différente peut être constituée de matériau polymère moussé. Avec une telle structure de couches, il faut préférer la seconde variante du procédé, attendu que les "points de rupture privilégiée" sont particulièrement néfastes pour des matériaux polymères mousses. La couche polymère de structuration différente peut aussi être une couche de matériau recyclé. On peut alors réunir dans cette couche polymère de structuration différente des matériaux polymères différents, qui sont maintenus par les parois extérieure et intérieure compactes. De plus, on peut, utiliser des polymères renforcés comme couche polymère de structuration différente"dans cette structure multicouches.
Un dispositif avantageux pour extruder des profilés creux, tubes et similaires en matériaux polymères à structure de paroi composite, possède, dans l'outil, un canal d'écoulement central pour le matériau polymère de la partie de paroi intermédiaire, et un mandrin d’outil implanté dans ce canal d’écoulement central et maintenu centralement dans le canal d’écoulement par des nervures de. maintien, le mandrin d’outil étant réalisé sous la forme d’un double cône avec une première partie conique dirigée à l’encontre de la direction d’écoulement du matériau polymère, une partie de guidage droite pourvue des nervures de maintien et une seconde partie conique, qui s’étend de manière convergente dans la direction d’écoulement en direction contraire de la première partie conique et qui se termine par une région terminale cylindrique, et le mandrin d’outil produisant, avec les parties d’outil associées, un élargissement suivi d’une réduction de section du matériau polymère. Dans la structure d’outil selon l'invention, l’ouverture annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure est disposé après la seconde partie conique dans la partie cylindrique du mandrin d’outil, et cette ouverture annulaire est alimentée par une conduite d’alimentation centrale, menant de l’extérieur dans le mandrin d’outil. Il apparaît avantageux qu’un second mandrin d’outil, maintenu par des nervures de maintien, 'soit implanté à l’intérieur du mandrin d’outil, dans la conduite d'alimentation centrale pour l'ouverture annulaire vu dans la direction d’écoulement, ce second mandrin dirigeant le flux central de matière plastique fondue dans un canal annulaire qui alimente lui-même l’ouverture annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure.
Il est important pour l’invention que les nervures de maintien du mandrin d’outil extérieur et les nervures de maintien du mandrin d’outil intérieur soient disposées en décalage mutuel. Il est en outre avantageux que l’ouverture annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi extérieure soit disposée dans la partie d’outil cylindrique avant.
Des exemples de réalisation du dispositif selon l’invention sont représentés schématiquement sur les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente une structure d’outil selon la première variante du procédé, et la figure 2 représente une structure d’outil selon la seconde variante du procédé.
Le dispositif 1, schématiquement représenté, présente dans sa région avant l’outil 2 avec la tête distributrice 3, la bague 4 et l’unité d’alimentation par injection 5. Cette dernière comprend le canal d’injection 51 pour la couche polymère de structuration différente 6, ainsi que le canal d’injection 52 pour le matériau polymère compact 71 pour la paroi extérieure 7.
Selon l’invention, la paroi extérieure 7 et la couche polymère de structuration différente 6 sont conjointement guidées avant l’espace annulaire 61. Cette structure de couches est guidée dans la chambre annulaire 61 par le mandrin d’outil 8, qui sert de corps de refoulement. Le mandrin d’outil 8 est un double cône avec une première partie conique 81, dirigée à l’encontre de la direction d’écoulement de la couche polymère de structuration différente. Une partie de guidage droite 82, à partir de laquelle les nervures de maintien 83 sont assemblées à la tête distributrice 3, se raccorde à la première partie conique 81. La seconde partie conique 84, qui s’étend de manière convergente dans la direction d’écoulement en direction contraire de la première partie conique 81, se raccorde à la partie de guidage droite 82. La partie conique 84 se termine par une région terminale cylindrique 85. La conduite d'alimentation centrale 9 pour le matériau polymère compact 91 de la paroi intérieure 92 alimente une ouverture annulaire 93, cette ouverture annulaire 93 étant reliée à la conduite d'alimentation 9 qui s'étend depuis l'extérieur à travers le mandrin d'outil 8.
Un mandrin d'outil intérieur 21, maintenu par des nervures de maintien 94, est implanté à l'intérieur du mandrin d'outil 8, dans la conduite d'alimentation centrale 9 pour l'ouverture annulaire 93 vu dans la direction d'écoulement, et il dirige le flux central de matière plastique fondue 91 dans un canal annulaire 95, qui alimente lui-même l'ouverture annulaire 96 pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure 92.
Selon l'invention, les nervures de maintien 83 du mandrin d'outil extérieur 8 et les nervures de maintien 94 du mandrin d'outil intérieur 21 sont disposées en décalage mutuel.
Dans la seconde variante de l'invention, l'ouverture annulaire 53 pour le matériau polymère compact de la paroi extérieure 7 est disposée dans la partie d'outil cylindrique avant 85. L'ouverture annulaire 53 est alimentée par la conduite d'alimentation centrale 52. Les autres éléments portent les mêmes références numériques que sur la figure 1.
Claims (9)
1. Procédé d'extrusion de profilés creux, tubes et similaires en matériaux polymères à structure de paroi composite dans lesquels, vu en coupe transversale, une couche polymère de structuration différente se raccorde comme partie de paroi intermédiaire à une paroi extérieure en matériau polymère compact, la partie de paroi intermédiaire étant à nouveau recouverte, vers l'intérieur, d'une paroi en matériau polymère compact, caractérisé en ce qu'au moins le matériau polymère compact de la paroi intérieure n'est alimenté que dans la partie d'outil cylindrique avant à la combinaison paroi extérieure / partie de paroi intermédiaire qui, jusqu'à ce point, est refoulée conjointement sur le mandrin d'outil, et est assemblé en cet endroit par soudage par extrusion à la périphérie intérieure de la partie de paroi intermédiaire, et en ce que les points de soudure longitudinale entre les parties de paroi, qui, pour des raisons techniques de fabrication, sont conjointement guidés dans la direction d'écoulement des flux de matériaux polymères pour les différentes parties de paroi, sont disposés en décalage mutuel dans la structure de paroi multicouches.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que tant le matériau polymère compact de la paroi intérieure que le matériau polymère compact de la paroi extérieure ne sont alimentés que dans la partie d'outil cylindrique avant à la partie de paroi intermédiaire qui est refoulée jusqu'à ce point, et sont assemblés par soudage par extrusion à la périphérie extérieure et à la périphérie intérieure de la partie de paroi intermédiaire.
3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que la couche polymère de structuration différente est une couche de matériau polymère moussé.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche polymère de structuration différente est une couche de matériau recyclé.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche polymère de structuration différente est une couche de polymère renforcé.
6. Dispositif d’extrusion de profilés creux, tubes et similaires en matériaux polymères à structure de paroi composite, avec un canal d’écoulement central pour le matériau polymère de la partie de paroi intermédiaire, et avec un mandrin d’outil implanté dans ce canal d’écoulement central et maintenu centralement dans le canal d’écoulement par des nervures de maintien, le mandrin d’outil étant réalisé sous la forme d’un double cône avec une première partie conique dirigée à l’encontre de la direction d’écoulement du matériau, polymère, une partie de guidage droite pourvue des nervures de maintien et une seconde partie conique, qui s’étend de manière convergente dans la direction d’écoulement en direction contraire de la première partie conique et qui se termine par une région terminale cylindrique, et le mandrin d’outil produisant, avec les parties d’outil associées, un élargissement suivi d’une réduction de section du matériau polymère, caractérisé en ce que l’ouverture annulaire (93) pour le matériau polymère compact (91) de la paroi intérieure (92) est disposé dans la partie cylindrique (85) du mandrin d’outil (8), et en ce que cette ouverture annulaire (93)est alimentée par une conduite d’alimentation centrale (9), menant de l’extérieur dans le mandrin d’outil (8);
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’un mandrin d’outil intérieur (21), maintenu par des nervures de maintien (94), est implanté à l’intérieur du mandrin d’outil (8), dans la conduite d’alimentation centrale (9) pour l’ouverture annulaire (93) vu dans la direction d’écoulement, et il dirige le flux central de matière plastique fondue (91) dans un canal annulaire (95), qui alimente lui-même l’ouverture annulaire (96) pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure (92).
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les nervures de maintien (83) du mandrin d'outil (8) et les nervures de maintien (94) du mandrin d'outil intérieur (21) sont disposées en décalage mutuel.
9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ouverture annulaire (53) pour le matériau polymère compact de la paroi extérieure (7) est disposée dans la partie d'outil cylindrique avant (85).
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