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3S~9
La présente invention est relative ~L un procédé
de fabrica-tion de produits en matière thermoplastique réticul~e
et à un dispositif pour sa mise en oeuvre. Elle concerne plus
particulièrement 1a fabrication de produits en polyéthylène
haute clensité réticulé
La r~ticulation ou vulcanisation, par laquelle deux
chaInes voisines de polymère sont realiées entre elles en
~ormant un réseau tridimensionnel, sous l'e~fet, soit d' UD
rayonnement, soit dlun carbone activ~, est un opération connue
qui peut s~appliquer aux polyolé~ines, aux polymères vinyliques
et aux ~lastomères, en particulier, aux élastomères d'~thylène-
propylène
Dans le cas de certaines polyolé~ines, telles que
le polyéthylène basse densité et des élastomères d'éthylène-
propylène, lorsqu'on utilise comme agent de réticulation un
carbone activ~ provenant d'un peroxyde organique, le produit
~inal peut être obtenu sans difficult~ en procédant successive~
ment à un formage du m~lange pulvérulent de départ; par mise en
oeuvre des techniques classiques de trans~ormation des matières
plastiques, telles que l~extrusion et l~injection, et ~
l'op~ration de réticulation, ou de vulcanisation, qui est
exécutée par exemple par passage du produit mis en ~orme dans
un autoclave ou à travers un lit ~luidisé. En ef~e~, la
temp~rature ~L laquelle s'opere le ~ormage dans la boudineuse
d'extrusion ou dans la presse d'injection, est nettement
in~érieure à la temp~rature qu~il est nécessaire d'atteindre
pour provoquer la réticulation par d~composition des peroxydes
organiques classiquement employés, comme par exemple:
- le peroxyde de dicumyle;
- le peroxyde de ditertiobutyle;
- le peroxyde de 4-4bis-t-butyl~val~rate;
- le peroxyde de 2~-diméthyl-2-5-di-(t-butyl)-
hexane;
--1--
- le peroxyde de 2,5-dim~thyl-2,5~di-(t-
butyl)-hexyne 3.
Entre la phase de formage, pendant laquelle la matière
plastique a une viscosi$~ permettant sa transformation selon
les procéd~s classiques9 et la phase de réticulation, il y a
donc un intervalle de température su~fisant pour que les deux
op~rations soient bient séparées et que soit évité le risque
d'une décomposition prématurée du peroxyde.
Il en va différemment lorsqu'il faut r~ticuler du :.
polyéthylène haute densité, car cette matière n'atteint une
viscosité suffisamment faible pour sa mise en forme par
extrusion ou injection qu~à une température comprise entre 170
- et 220~C, suivant la masse moléculaire du polyéthylène haute
densité, c'est-à-dire une température supérieure à la tempéra-
ture de début de décomposition des pero~ydes (environ 140~C pour
les peroxydes les moins actifs), de sort0 que l~application au
polyéthylène haute densité réticulé des.procédés utilisés pour
la production d~objets en polyéthylène ~ basse densit~ ou en
élastombre d~éthylène-propylène amorcerait dans le mélange
sousmis à l~operation de formage une réaction de réticulation
qui serait ind~sirable du fait que, notamment dans le cas d'une
boudineuse d'extrusion, la matière serait alors soumise à un
cisaillement empechant le développement correct de la r~ticu-
lation et donnant au produit final une qualité très m~diocre.
On a d~jà proposé de supprimer ce cisaillement en
utilisant une filière chauff~e de formage et de réticulation
dans laquelle le mélange est densifié et astreint à progresser
dans lloutillage sous lleffet d'une pression cré~e par un
piston, mais il est alors n~cessaire~ pour éviter au sein de
la matiere des déformations préjudiciables, de prévoir sur les
~0 surfaces de la filière avec lesquelles la matière vient en
contact un revêtement en un mat~riau anti adh~rent, tel que le
polytétra-~luoroéthylène.
.~............................... ~2-
.. ~
. ~
On observe effectivement dans ce cas une bonne qualit~
des produits mais cette technique ne permet pas d'envisager une
production pratiquement continue, car on constate qu~après un
temps relativement court de passage de la matière, il se crée
dans la zone de réticulation de la filiere un dépot qui nuit à
la qualité du produit, Ce dépot est constitué par des parti-
cules de polyéthylène réticul~ adhérant ~ la paroi et est d~
aux radicaux libérés lors de la réaction9 qui sont suffisamment
actifs pour activer la surface du mat~riau anti~adhérent et
- provoquer un collage,
On a essayé dlinjecter une quantité importante de
lubriflant dans la filière avant la zone de r~ticulation, mais
cette technique~ outre qule].le soulève des difficultés de mise
en oeuvre, en raison du régime dl~coulement instable du fluide
dans la filière, ne permet pas de supprimer le dép~t dans la
zone de réticulation,
Pour résoudre le problème posé, l~invention propose
un procédé pour la fabrication de produits en matière thermo-
plastique réticul~e à partir d'un mélange, essentiellement
pulvérulent, contenant la matière thermoplastique et un agent
de réticulation suivant lequel on assure la densification du
mélange en e~erçant sur lui une pression qui le fait pénétrer
et progresser dans une filière chauffée et on provoque la
réticulation de la matière, caractérisé en ce qu~on fritte le
mélange pulvérulent en exerçant sur lui une pression orient~e
suivant llaxe de la filière, on provoque la fusion du mélange
dans la filière en soumettant cette dernière à une température
inférieure à la température à laquelle la décomposition de
l~agent de réticulation dPvient sensi~le et, ~ l~aval de la
filière, on pro~oque la réticulation de la matière mise en forme
en la faisant passer dans UD bain de sel fondu dont la tempéra-
ture permet la décomposition de llagent de r~ticulation~
, . .
85~
Outre que le procédé proposé prévoit une phase
préalable de pré~ormage du mélange pulvérulent, qui per~et une
admission directe, très favorable~ dans la filière, il assure
une séparation nette de la phase de ~ormage proprement dite,
par frittage, de la phase de réticulation. Le terme de
frittage englobe llopération de densi~ication et fusion des
grains pour llobtention d'un produit compactO Quant a l~utili
sation d'un bain de sel fondu pour créer la réaction de réticu-
lation, elle a comme avan-tage que le produit une fois gélifié
peut pour ainsi dire suivre un parcours libre dans la zone de
réticulation, en ce sens que, lléchange thermique étant assuré ~
par le liquide du bain, le produit n~a pas à glisser au contact ! ,
de parois, et que J pour permettre sa progression jusqu'à la
sortie, il su-f~it d~une guidage méchanique simple, qui, dans
: le cas d'un tube, peut être obtenu par un contact linéaire avec
la surface torique dlanneaux supportés par la cuve contenant le
bain et bénéficiant du reste dlun e~fet de lubrification au sein
du liquide Il peut toutef~is etre avantageux, pour assurer le
calibrage du produit, de pr~voir dans la région d'entrée du bain
un gabarit conformateur dont la section utile peu-t etre c~n~tante
qu rariable S~ils~agit d'un tube, son diamètre interneJ d~crois-
sant au droit du gabarit 9 peut être maintenu dans les tolérances
voulues J par l'ef-fet d'un gaz inerte, -tel que llazote, injecté
à llintérieur du tube.
Dans l'application du procédé à des produits en
polyéthylène haute densité 7 l~absence de tout cisaillement au
cours de la réticulation permet dSobtenir des propriétés
optimales. L'allongement à la rupture d~éprouvettes sousmises
à des essais de traction est compris entre 400 et 500%, et ce
résultat est indépendant du temps écoul~ dupuis le début de
production du dispositif, du fait que dans la ~one de r~ticu
lation il ne se produit pas de dépôt dont l'ef~et serait de
faire baisser la qualit~ des produits, Il est donc possible
dlenvisager une production industrielle continue, puisque la
n~cessit~ de changer fréquemment des organes dégrad~s par un
dépôt superficiel, qui est un inconvénient des procédés con-
nus, est supprim~e~
Le procédé propos~ peut etre utilisé pour la fabri-
cation de tubes et de profilés, ainsi que par le gainage de
c~bles ou d'arma$ures métalliques.
Suivant une autre caract~ristique du proc~dé suivant
l1invention, la réticulation de la matière mise en ~orme peut
etre précédée dlun étirage à une température voisine de celle
de la mise en forme~
Par étirage, on entend ici non seulement une extension
longitudinale ou un allongement, mais encore tout formage par
expansion longitudinale et radiale, obtenu notamment sous
llaction d~un poinçon ou d~une matrice, ou sous l~action d'un
fluide sous pression, opération qui peut avoir lieu à llintérieur
dlune moule ou sans intervention d~un moule.
On peut ainsi fabricluer à partir d~un dispositif
unique des tubes de diamètres différents, avec des débits hor-
aires constants~ quel que soit le diamètre9 des joncs, profilés,
etc... On peut également fabriquer des pieces de carrosserie,
des récipients, des emballages, des plaques ondulées ou thermo-
formées, etc ..
Le disposi-tif pour la mise en oeuvre du procédé est
caractérisé en ce qulil comprend à l~amont d~une :Eilière de
frittage des moyens pour exercer, suivant l~axe de la filiere, une
pression sur un m~lange pulvérulent réticulable, pour pré~ormer
ce mélange par compression et pour le faire progresser dans la
filière et, à l~aval de la ~ilière9 une cuve destinée à con~
tenir un bain de s~l -fondu, pour la réticulation du produit
fri.tt~ sortant de la filière
5-
L8~
Le dispositif suivant ]'invention peut en outre com-
porter entre la sortie de la filière et la cuve de réticulation
des moyens pour ~tirer la matiere mise en ~orme,
D~autres caracteristiques de l'invention apparaitront
au cours de la description qui va suivre en r~férence au dessin
annexé, dans lequel:
- les Fig. lA et lB représentent ensemble un dispositi~
pour la fabrication de tubes en polyé-thylène haute densité
réticulé;
- la Fig. 2 est une vue en coupe axiale d'une variante
du gabarit con~ormateur utilisé dans le dispositi~ de la Fig.
lB;
- la Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3
de la Fig. 2;
- la Fig. 4 est une vue en coupe axiale dlune autre
variante du gabarit con~ormateur utilisé dans le dispositi~
de la Fig. lB;
- la Fig. 5 est une vue en coupe axiale d~une variante
de forme de l'extrémité de sortie du bain de sel ~ondu de la
2~ Fig. lB utilisé pour la réticu]atio~ de la matière du tube;
- la Fig. 6 est ~Ine vue schématique d~un disposi-ti~
comportant des moyens dl~tirage;
- la Fig. 7 est une vue en coupe longitudinale des
moyens d'étirage et de réticulation utilisés dans le dispositif
de la Fig~ 6,
Le dispositi~ représenté au~ Fig. lA et lB comporte
une partie verticale A dans laquelle un mélange pulvérulent
contenant un polyéthylène et un agent de réticulation réparti de
maniere homogène es-t mis en forme de tube et ~ritt~, et une
partie horizontale B où s~opère la réticulation de la matière.
La p~rtie A~ d~axe vertical ~-X, comprend un bâti
horizontal 1 qui est supporté par des montants 2 e-t sert d~appui
'.';'!,7 --6--
,,, ~ ,'!, ~
à une fili~re 4 d~axe ~-X, présentant une semelle 5 au contact
de laquelle le serrage de l~épaulement 6A de tirants filetés
6 au moyen dlécrous 7 assure une fi~ation sur le b~ti La
filière 4 comporte parallèlement à son axe, un corps cylind-
rique 8, dans lequel est ~ormé l'al~sage 9 de la filière 4,
coaxial à un alésage central 3 du bâti 1, et qui peut ~tre
chauffé par circulation d~huile en 8a L~extrémité supérieure
de la filière 4 présente u~ie collerette 10, traversée par les
t.irants 6, et dont la face supérieure supporte une trémie
dlalimentation 11 qui peut etre refroidie, par une circulation
dleau 12, et dont le diamètre dlouverture à la base correspond
celui de l'alésage 9. Entre la trémie 11 et la collerette
10 est interposée une couronne métallique lla qui n~est ni
refroidie, ni chauffée, et dont les surfaces de contact sont
entaillées de manière à r~duire la transmission de chaleur.
Contre la semelle 5 de la filière 4 et à l~intérieur
de l'al~sage 3 du b~ti 1 est dispos~e verticalemen$ une filière
13, coaxiale à la filière 4 et qui est maintenue en place gr~ce
à une plaque inféri.eure d~appui 14 fixée sur les tirants 6.
Cette plaque est percée d1une ouverture 15 dont le
diamètre est l~gerement supérieur à celui de l.lalésage de la
~ filière 13. L'ensemble forme ainsi, depuis la base de la trémie
; 11 d~alimentation jusqu~à l~ouverture 15 de la plaque d~appui
14J un conduit rectiligne cylindrique. La filière 13 est
également pourvue de moyens annulaires de chauffage~ par
example constitu~s par des résistances électriques extérieurs '~
17.
Le b~ti 1 sert de support, extérieurem0nt à la
: filiere 4~ à deux cylindres de vérin 18, 19 contenant des pistons
20, 21 sur les tiges verticales 22, 23 desquels est fixée une
plaque hori~ontale 24 par boulonnage en 25, 26 La plaque 24
peut coulisser sur les tirants 6 et présente en son centre une
~ 35~9
ou~erture 27 qui se prOlonge verticalement ~ l~intérieur d~un
bossage annulaire 28 faisant corps avec la plaque 24 et
constituant un piston qui est refroidi, au voisinage de la
plaque 24, par une circulation d~eau 29, et qui coopère avec
la portion de cylindre formée par llouverture de la couronne
lla et par la partie supérieure de la paroi de l~alésage 9 de :
: la filière 4. :~
Les t:irants 6 supportent à leur extrémite supérieure,
; au-dessus de la plaque 24, une platine 30 sur laquelle s~appuie
un cylindre de vérin 31 contenant un piston 32 solidaire d~un
mandrin ou poinçon vertical 33 qui est engagé à contact glissant
dans llouverture 27 du piston 28 et guidé par la platine 30 et
par une plaque horizontale 34 solidaire du mandrin et coulissant
; sur les tirants 6,
Le mandrin 33 s'étend à l~intérieur de la filière 4
et de la filière 13, la limite de la course vers le haut de son
extrémité basse se situaDt à peu près au niveau de l~extrémité
', inférieure de cette filière 13. Le mandrin comporte également
un ~lément chauffant 35, à circulation ~huile ou résistance
électrique,
llalimentation du dispositif est réalisée à.partir
dlun réservoir-doseur 37 relié ~ la trémie 11 par une goulotte
38 qui doit assurer une distribution homogène de la poudre dans
llintervalle existant entre le mandrin 33 et la filière 4.
Le conduit de refroidissement 12 de la trémie permet dléviter
que le polyéthylène, quel que soit son temps de s~jour dans la
trémie, ne puisse atteindre une temp~rature ~ laquelle il
deviendrait cohérent sous l~effet d~un commencement de fusion,
La zone refroidie est en effet une ~one de préformage
dont la hauteur est de llordre de grandeur de deux fois le
diamètre du mandrin 33, dans laquelle le mélange doit rester
pulvérulent pour qu~il puisse ~tre mis en forme de tube, sous
8_
.
l'action de densification exercée par le piston 289 dans la
partie tubulaire 36 formée au-dessus de la filière 4 et, le
cas échéant, à l'entrée de cette dernière
Au début d~un cycle, le piston 28 est en position
haute et le mandrin 33 également Aucune pression n'est exercée
sur le piston 32 du vérin 31. Gr~ce ~ l~action des vérins 18,
19, on fait descendre le piston 28 qui traverse le mélange
pulvérulent placé dans la tr~mie 11 où il est maintenu à la
température ambiante par le conduit de refroidissement 12. Le
piston 28 continuant à descendre compacte le mélange dans la
partie tubulaire 36. La pression nécessaire à ce compactage
est de llordre de 1 000 bars. Le mélange est donc mis en forme
et simultan~ent densifié. Il est ensuite entrainé dans la
filière Le poinçon 33 subit simultanément un mouvement de
descente, sous l~effet de l~entrafnement de la matière, qui
est alors soumise dans la filière 4 à une ~lévation de tempéra-
ture cré~e par les éléments de chauffage 8 de la filière 4 et
35 du mandrin 33. La température est réglée à une valeur qui
provoque la fusion de la matière mais reste inférieure à la
température à laquelle la décomposition de l~agent de réticu-
lation devient sensible. Cette température sera, par example,
~ comprise entre 1~0 et 180~C. Lorsque le piston 28 atteint le
point bas de sa course, la pression agissant sur les pistons
20, 21 des vérins 18, 19, est réduite et, le piston 28 étant
maintenu en position basse, le mandrin 33 est remonté à l~aide
du piston 32. Quand le mandrin a atteint sa position haute,
le piston 28 est remonté à son tour et un nouveau cycle com-
mence.
La filière 4 constitue donc une zone de frittage
d'où la matière est poussée, gr~ce aux mouvements descendants
du piston 28 le long du poinçon 33 9 dans la filière 13 où la
température est maintenu au même niveau que précédement~ et
~9 _
5~91
d'où elle sort sous forme dlébauche~ A la sortie de la filière
13, l~ébauche est poussée, grace aux mouvements descendants du
piston 28, dans une gaine 15a, par exemple en forme de soufflet,
où la temp~rature est maintenu a peu près au meme niveau que
précédemment ou, le cas échéant, est portée à une valeur
supérieure, et qui consti$ue une zone de transi$ion dans laquelle
llébauche 7 libre à l~égard de la paroi de la gaine 15a, peut
subir des débattements latéraux absorbant les àcoups de sa por~
gression, compte tenu de la traction continue qui e~t e~ercée
sur lui, à 11aval, vers la partie B qui constitue une zone de
réticulation
La partie B est constituée essentiellement par une
cuve horizontale fermée 41, de préférence cylindrique, comparti~
mentée longitudinalement par deux cloisons verticales 42, 43,
i contenant un bain 44 de sel ~ondu, et chau~fé par exemple au
moyens de résistances ~lectriques 46 à une température permettant
la réticulation, c'est-à-dire supérieure à 200~C Dans le
compartiment amont 47 pénètre un raccord tubulaire 48 dont
llextrémité supérieure, large; est fix~e sur la cuve 41, son
autre extrémité, dont le diamètre interne, plus étroit, corres-
pond à la section externe du tube à réticuler, étant ~ixée à
l~extrémit~ dlen$rée d~un gabari-t conformateur 49 supporté par
la paroi de la cuve 41 au moyen d'éléments 51. Le -tube ~ritté
s~engage avec jeu dans llextr~mité dlentrée du raccord 48,
dont la section va se rétrécissant, pour pénétrer, après un
changement de direction de 90~ dans l~alésage cylindrique 52
du gabarit 49 qui assure ainsi une mise au profil et un état
de surface uniforme au tube, qui subit simultanément une
réticulation au moins dans sa surface périphérique.
30 . Le tube traverse ensuite les deux autres compartiments
53, 54 dans lesque].s la réticulation est achev~e et où il est
guidé par des anneaux 56 solidairisés avec la paroi de la cuve
_10--
8~9
par des supports 57 et dont l'ouverture 55 interne a une
forme torique assurant avec le tube un contact glissant de
nature linéaire. Le tube ré-ticulé sort de la paroi terminale
58 de la cuve en traversant à contact étanche une bague
rapportée 59.
Contribue également au calibrage du tub~ immergé
dans le bain 44 la pressio~ d~un gaz maintenu sous pression a
l~intérieur de l~alésage du tube et introduit à partir d~une
tubulure 61 par l'intermédiaire d'un conduit axial 62 prévu
dans le mandrin 33~ Le gaz utilisé est de préférence ltazote.
Le sel fondu constituant le bain 44 est avantageusement
un mélange eutectique de sels minéraux, par exemple de nitrates
e-t de nitrites, tel que lleutectique ayant la composition
suivante:
_ 53 parties en poids de K N03
- 40 parties en poids de Na N0
- 7 parties en poids de Na N03
~; Le cloisonnement de la cuve 41 permet dlétablir des
températures différentes dans les différents compartiments.
La température est normalement plus élevée, comprise par
example entre 250 et 300~C, dans le compartiment 47 contenant
le gabarit 49, de manière à obtenir une transformation rapide
de la matière dans la r~gion périphérique du tube. Elle sera
moins élevée dans les autres compartiments 53, 54, au plus
égale à 250~C par exemple 7 pour ~viter le risque d~une
dégradation thermique du produit.
Pour le -traitement d'un tube de 3 mm dl~paisseur la
longeur de la cuve 41 peut etre de 2 m environ, avec une
vitesse de circulation du tube qui est dans ce cas de 150 m/h.
La r~férence 63 désigne un dispositif, représenté
schématiquement et partiellement 7 constitué par deux chenilles
mobiles en contact avec le tube réticulé, pour exercer sur ce
dernier une traction continue.
Un gabarit conformateur supplémentaire peut être
prévu au-delà du dispositif de traction 63 or entre ce disposi-
ti~ et la cuve 41.
Des essais satisfaisants ont été ex~cut~s en utilisant
comme matière thermoplastique un polyéthylène haute densit~, de
masse moléculaire comprise entre 300 000 et 500 000, par
example un polyéthylene PHILIPS, commercialisé sous la marque
" MANOLEN~ " 56 020", de densit~ 0,956 et d'indice de viscosité
égal à 2 sous une charge de 20 kg/cm~.
- Dans le mélange ont été incorporé, de manière homogène~
des additifs comprenant, outre un péroxyde organique, des
colorants, des antioxydan-ts, des agents anti-UV, des lubrifiants,
qui sont tous des produits connus utilisés dans l~industrie de
transformation des matières plas$iques Comme agent de réticu- -~
lation on a utilisé notamment une formule catalysée à 0,5% de
peroxyde de ditertiobutyle, vendu sous le nom de " TRIGONOX B ".*
Dans ce cas, on travaille à raison de 70 coups de
piston par minute et, pour une course totale du piston de 40 mm,
la longueur de tube produit est de 20 mm environ, le déplacement
du mandrin étant de 20 a 25 mm
Des essais ont ~-té effectués, au cours desquels on
mesure l~allongement entre deux repères d~une ~prouvette
normalisée ISO 1/2, à llaide d~un extensomètre, conformément à
la norme NF T 51 034, la vitesse de traction étant de 100 mm/mn.
Les r~sultats des essais de traction faisant apparaitre les
carac$~ristiques mécaniques mesur~es sur un tube en fonction
de la longueur extrudée, et reproduisant la valeur moyenne pour
5 éprou~ettes, figurent au tableau suivant:
-12 _
* Marque de Commerce
-- - - - - - - -
Longueur extrudée (m) 100 ~ 1 000 1 500 2 000
~' Contrainte au seuil 2
d~écoulement (en KG/cm ) 180 184 170 190 182
_ _ . _
Contrainte à la rupture
: (en KG/cm2) 300 280 290 270 280
Allongement à la rupture
(%) 520 490 460 500 470
_
Pression d~éclatement
éprouvettes tubulaires 55 52 57~0 S2
:(bars) l _ _
Les Fig 2 et 3 repr~sentent un gabarit conformateur,
utilisé à la place du gabarit 49 de la Fig. 1~, et constitué par
plusieurs groupes 64, 65~ 66 de galets pro~ileurs 67 de profil
. concave, qui confèrent au tube une section progressivement
décroissante.
Il est également possible pour obtenir une diminution
du diamètre désiré, dlu-tiliser un gabarit tel que repr~senté à
la Fig~ 4~ constitué pa:r une succession de bagues conformatrices
68a, 68b, à alésage cylindriqlle, de diamètre diff~rent Ces
bagues en téflon ou en acier poli sont séparées par des inter-
calaires 69 et maint0nues en place par un dispositif de serrage
70, complété éventuellement par un système de rattrapage de jeu,
non représenté
A la Fig. 5, le produit final~ qui est par exemple un
profilé non fermé, au lieu de sortir de la cuve 41 en traversant
un dispositif d~étanchéité de la face terminale es~ extrait à
travers une ouverture supérieure 71 de la paroi de la cuve à
la~uelle il est amené par llinterm~diaire d'un guide 7~.
Dans le cas où le produit n~a pas une forme tubulaire
le mandrin 33 ~e la Fig. lA est supprimé S'il s'agit de
-13-
,~
~ .
s~
gainer un cable ou une armature, ce câble, ou cette armature,
remplace le mandrin 33.
Dans le schéma de la Fig. 6, la ré~érence 101 désigne
un dispositif de ~ormage con~orme à la partie A des Fig. lA et
lB, qui produit une ébauche tubulaire ou paraison 102 à une
vitesse vl; cette dernière traverse une cuve 103 dans laquelle
elle est soumise à des opérations dléti.rage puis de réticulation~
puis elle pén~tre successivement dans une étireuse 104 dlentraine-
ment à une vitesse v2 supérieure à la vitesse Vl, un bac de
re~roidissement 105, une ~tireuse 106 d~entrainement à la même
vitesse v~ que précédemment ou sensiblement égale, et une
enrouleuse 107,
Comme représenté à la Fig, 7, la paraison 102 émerge
du dispositi~ de ~ormage 101 par llouverture 15 de la plaque
inf~rieure dlappui 140 Elle passe ensuite dans un dispositif
permettant de supprimer les à-coups dus à la disc~ntinuit~
dans llavance de la paraison et d~entrer dans la cuve 103 dlune
manière continue. Un exemple d~un tel dispositi~ est représenté
à la Fig. 70 Dans ce dispositi~, la paraison 102 subit un
changement de direction autour d~une poulie à gorge 108 montée
~olle sur en étrier 109 lui-meme pivotant dans un plan vertical
autour d'un axe 110 monté sur un support lllo La gorge de la
poulie 108 présente une pro~ondeur au moins égale au rayon de
la paraison 102.
La paraison 102 passe ensuite sur une poulie motrice
112 également à gorge, reliée par ].'interm~diaire d~un vari-
ateur de vitesse 113 à un moteur électrique 114 (schématique-
ment représentés). La paraison subit ainsi un nouveau change-
ment de direction qui llamène dans une cuve dlétirage et le
réticulation 103~ Cette cuve conti~,nt un m~lange de sels
~ondus du même type que celui de la cuve 41 de la Fig. lB,
réparti dans deux compartiments d~étirage 115 et de réticu-
_14-
.
35~i~
lation 116 s~par~s par un diaphragme 117, pr~sentant une
ouverture 118 laissant passer la paraison 102~
A l'intérieur de la cuve lC?3, dans le compartiment
115, sont mont~s plusieurs galets profileurs 121a, 121b, 121c
et 121d dont le profil épouse la géométrie du produit étiré9
tous solidaires d'une tige de manoeuvre 119 montée sur des '
articulations 120a et 120b. ~e compartiment de r~ticulation
116 préserte des galets de maintien 122 Si on le désire, les .-
galets pro~ileurs peuvent etre remplacés par d'autres disposi-
tifs de profilage appropriés Le nombre de jeux de galets ou
~ de dispositifs de pro~ilage peut varier suivant le taux d~étir-
age souhaité Les galets de maintien peuvent etre, si on le
désire, remplacés par tout autre dispositif de guidage et de
support~ tel.que gouttières, anneaux, etc.
Apres avoir traversé la cuve 103, la paraison 102 est
entr~inée par une étireuse 104 de type connu, par exemple à
bandes, entrainée à la vi~esse v2 7vl par un groupe moteur
;
114a-variateur 113a schématiquement représenté, puis elle
p~nètre dans le bac de re~roidissement 105, avant d'etre enroulée
sur l'enrouleur 107 après être passée éventuellement sur une
nouvelle ét.ireuse 106, qui peut etre du même type que llétireuse
104 et qui tourne à une vitesse ~gale ~, ou voisine de J V2 .
Cette étireuse est destinée à ~aciliter l'extraction du tube~ .
mais nullement à produire une nouvelle réduction de section.
La paraison 102 sort du dispositif de formage 101
suivant un mouvement discontinu, les temps d'arrêt correspon-
dant à la remor~tée du mandrin de formage, puis elle est
entrafn~e d~une manière continue vers les autres dispositifs
de llinstallatioL par la poulie motrice 112 dont la vitesse
linéaire est vl. Le b~lancement de la poulie folle 108 autour
; de so~, axe 110 compense alors l'absence d~approvisionnement en
matîère pendant le temps dtarr~t de la paraisor. Le diamètre
15~
.
s~
de la paraison atteint à ce moment une valeur dl et il est
maintenu gr~ce à une pression de gaz ~ l'intérieur de celle-ci,
pour éviter le collapsus de la paraison,
La paraison de diamètre dl p~nètre donc à la vitesse
vl dans le COmpartimeDt dl~-tirage 115. L'effet de l~étireuse
104 qui ~.uit, dont la vitesse linéaire v2 est choisie supér~
ieure à vl, se ~ait alors sentir et la paraison est ~tirée
longitudinalement. Son diam~tre est réduit à une valeur dll
l~gerement inf~rieure à dl, dès qu'elle atteint le premier jeu
de galets 121a, et son diamètre atteint une valeur d2 sensible-
ment inférieure à dl, à la sortie du bac 15, du fait de
llétirage longitudinal, Les galets profileurs 121a à 121d
supportent la paraison 102, alors que la réticulation ne s'est
pas encore produ:ite. La température dans le compartiment
d'~tirage 115 est choisie de sorte que la durée de demi-vie du
catalyseur soit encore importante; elle est voisine de celle
de mise en forme dans le dispositif de ~ormage, par exemple de
llordre de 160 à 190~C,
Au niveau de l'ouverture 118 du diaphragme 117, la
para.ison a des caractéristique~ dimensionnelles (diamètre,
épaisseur~ homothétiques de celles qu~elle présentait à son
entr~e dans le compartiment dlétirage 115. Elle pénètre
; ensuite dans le compartiment de réticulation 116 où la tempér-
ature atteint des valeurs supérieures à 200~C et de préférence
comprises entre 220 et 250~C, La decomposition du catalyseur
provoque alors la réticulation de la matière et le phénomene
d'étirage se trouve arrêté par cette réticulation.
Llemplacement du diaphragme 117 dans la cuve 103 est
choisi en fonction du diamètre souhaité du tube ~ la sortie
du comparSiment de réticulation 116, ce diamètre ~tan-t
déterminé par le rapport des vitesses v2vl~ De même, les
diff~rents galets 121a, 121b, 121c, 121d sont choisis en
~ 16-
~.
cons~quence puisque leur g~ométrie doit sladapter aussi ~'-
précis~ment que possible au pro~il à obtenir dans le cas où
ce profil est différent de celui de la paraison 102 sortant
du dispositif de formage, Mais dans le cas où le pro~il à
obtenir res-te un tube lisse homothétique de la paraison tubu-
laire 102, les galets 121a, 121b, 121c, 121d~ ne servent plus
au calibrage ni au profilage mais seulement au support et au
guidage et peuvent être remplacés par tous moyens équivalents,
Dans tous les cas, les galets 122 ne servant qu~au support et
~u guidage du tube au cours de sa réticulation, peuvent etre
également remplacés par tous moyens équivalents de support et
de guidage.
A la sortie du bac 103 et après passage dans llétir-
euse 104, le tube est re~roidi dans le bac 105 contenant par
~ exemple de l'eauO Il est ensuite repris par llétireuse 106 et
enroul~ sur la bobineuse 107.
Une proprieté remarquable du produit ainsi ~tiré et
réti.culé est sa stabilité dimensionnelle et l'absence de
mémoire élastique ou retrait,
Par exemple, un profilé e~ polyéthylène etiré quatre
fois dans le compartiment d~étirage 115, puis r~ticulé dans le
compartiment de réticulation 116 ne subit aucun autre retrait
que le simple retrait th~rmique, La réticulation bloque les
chaines étirées les unes par rapport aux autres. Le produit
réticul~ est biréfringent mais stable dans ces dimensions
au-dessus et en-dessous de la temp~rature de fusion des cris
tallites de polyéthylène, à la dilatation volumique près,
Au contraire, le meme profilé étiré quatre fois dans
le compartiment 1159 pUiS simplement re~roidi au lieu d~être
30 r~-ticulé, retrouve, par mémoire élastique ? ses dimensions
dlo~igine dès que l'on porte à nouveau sa temp~rature vers
140~C, température sup~rieure à celle de fusion du polyéthylene~
-17-
'i~
S~5~
Les exemples non limitati~s suivants sont donnés à
titre d'illustration de l'invention, en ré~érence au processus
des Fig. 6 et 7.
EXEMPLE 1
Du poly~thylène haute densité, de masse mol~culaire
comprise entre 300 000 et 500 000, tel que celui commercialisé
sous la marque "MANOLENE" 56 020 a ~té utilisé pour ~açonner
un tube dans les conditions qui pr~cedent
On a ajout~ des additi~s qui comprennent, outre les
stabilisants et colorants de type connu, un agent de réticulation
qui est du 2,5-dim~thyl-2,5-~ditertiobutyl-peroxy)-hexyne-3,
vendu sous le nom de "LUPEROX*130". Les ,conditions opératoires
pour diff~rents diamètres, à par-tir d'un diamètre de paraison
dl = 27,5 mm, sont donn~s au Tableau I suivant.
TABI.EAIJ I
_ r l h _ _
u~ I a) . . c) ~ a)
:~ ~I M ~ t~ Ia) ~ ~d O Ul M h
a~ a) ~ u~~ 5 ~ ~ ~ ~1 a)'Q S-l 1
I 5:1 M rQ ~rl 1:1~ ~ ~ ::1 O O P O Ir~ O Q r-l M
1:1 0 ~Q M ~ ~ C) :J ~ ~ ~ rl ~ ~ ~rl rl ~ ~ ~ Ul ~q
td ~1 ~ l C~ ~rl ~rl S I O ~rl O ~rl ~ ~C ~ ~ r l X 4 0 ~~1 ~a
,~ +~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ c) ~ c~ ~ a~ ~ a) s~ ~ ~,,
C.~ ~rl ~r~ ~rl ~0 ~~D ~ . ~ ~ ~a) C~ O ~ ~ ~ O
~, ~, ~ ~ c~ ~ a) E~ E~ 5~~ ~ u~ ~ ~ a) ~ ~
. mh mh kg/h ~C ~C mm mm mm g/m
_ _ _
1 35,4 140 9,1 185 220 1~ 17,30 1,03 60,6
2 35,4 1~0 9,1 180 220 17 16968 1,02 54
3 35,4 18~ g,l 175 230 16,5 15 ~,90 4~
4 3594 210 9,1 _175 240 15,4 14,50 ~,90 _ 41 6
: Le diamètre d3 es$ ~égèrernent inférieur au diamètre
d2; ceci ne résu~te pas d'un étirage mais simplement d'un
retrait de refroidissemen~ a la sortie ~u bain de sel de la
cuve 103
-18_
* Marque de Commerce
~ '
s~ :
EXEMPLE 2
D~autres essais ont ét~ ef~ectués avec le meme
mélange qu'~ l'Exemple 1, les différents paramètres ayant la
valeur suivante:
vl = 36,6 m/h
v2 = 132 m/h
dl = 27,5 mm
d2 = 18,5 mm ; :
température du compartiment d~étirage = 180~C
$empérature du compartiment de réticulation = 230~C
On a alors obtenu un tube de diamètre 16 mm au début et
à la fin de l~extrusion d~une longu0ur de 2 000 m; ce tube a
subi des essais de traction dont les r~sultats sont donn~s au
Tableau II ci-après
TABLEAU II
~' , . _
: échantillon contrainte au contrainte à allongement
seuil dlécou~ la rupture ~ la
; lement rupture
. kg/cm2 kg/cm2 _ %
1 173 214 3g~
Début 2 172 166 325
. 3 172 213 40~
: 4 17~ 209 3~0
. Fin 5 176 219 3~0
: _ 6 169 _ 223 3~0 _
Le tau~ de r~ticulation ~tai* de 87% au d~but comme
a la fin et le retrait a 120~C mesuré suivant la norme NF T
54 021 de 4%. Le retrait à 160~C mesur~ suivant la même norme
était de 6%o
Le procédé de l~invention est notamment applicable au~
polyol~ines réticulables par voie peroxydique ~t particuli~re-
~19-
ment interessant pour les produits dlun poids mol~cu:l.aire
élevé; par exemple pour les grades in~érieurs ~ 2,
Elle est applicable également au poly~thylène basse
densit~ rendu réticulable par addition d~un peroxyde.
-20-
