CH434513A - Appareil de chauffage électrique à haute fréquence - Google Patents

Description

  
 



  Appareil de chauffage électrique à haute fréquence
 La présente invention concerne un appareil de chauffage électrique à haute fréquence, plus particulièrement destiné à chauffer des pièces en matière plastique durcissables à chaud.



   Dans les dernières années, la fabrication d'articles mis en forme et traités à partir de compositions à base de matière plastique durcissables à chaud a atteint une importance considérable. On a réussi à produire des articles comme par exemple des conduits, des tuyaux, des tiges, des revtements de câbles et de fils à partir de compositions ainsi traitées, lesdits articles étant utilisés dans de nombreuses applicatiosn.



   Un procédé général par lequel on obtient les articles précités, consiste à mettre en forme la composition à base de matière plastique à des températures inférieures à la température de traitement minimum desdites compositions puis à chauffer la composition ainsi mise en forme jusqu'aux températures auxquelles s'effectue le traitement.



   Un procédé bien connu par lequel on peut mettre en forme et chauffer en continu certaines compositions à base de matière plastique durcissables à chaud jusqu'à une température de traitement a été décrit, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 2 972 780 du 17 mai 1957. Ledit procédé consiste, sous son aspect le plus général, à produire un champ électro-magnétique par un courant haute fréquence puis à faire avancer progressivement la composition à base de matière plastique   durcis, sable    à chaud ayant subi une mise en forme préalable, uniformément à travers ledit champ électromagnétique. On pense, d'une façon générale, que l'effet de chauffage est engendré intérieurement par les effets moléculaires induits résultants et par les pertes diélectriques créées au sein mme de la composition.

   Ce procédé de traitement est extrmement avantageux par le fait que le chauffage de la composition est effectué d'une façon sensiblement plus uniforme et plus rapide au sein de la masse entière de cette composition et avec des gradients thermiques plus faibles que dans le cas des procédés mettant en oeuvre un chauffage par radiation ou par conduction et qu'il n'est pas nécessaire d'établir un contact physique entre la composition précitée et l'appareil de chauffage.



   Les compositions à base de matière plastique utili  sées      ordinairement    comprennent une matière plastique polymère dans la masse de laquelle on a   disper. sé,    d'une part, un   agent    de traitement qui ne peut tre normalement rendu actif par voie thermique qu'à des températures supérieures aux températures nécessaires pour la mise en forme de la matière plastique précitée et d'autre part, une matière de charge électroconductrice. Un exemple d'une composition caractéristique à base de matière plastique durcissable à chaud qui s'est révélé particulièrement intéressant est constitué par un polyéthylène à forte ou faible densité dans lequel on a dispersé un agent de traitement à base de peroxyde organique ainsi ainsi que du noir de carbone.



   Malheureusement, beaucoup d'agents de traitement utilisés actuellement dans la technique, par exemple les peroxydes organiques tels que le peroxyde de benzoyle, le peroxyde dicumol, le peroxyde tbutylique, le 2,5   diméthyl-di(t-butylperoxy)    hexyne-3 ou autres et/ou les produits de réaction du procédé de traitement présentent souvent des propriétés toxiques. Cet inconvénient constitue un problème important du fait que les agents de traitement précités et/ou certains des produits Ide réac tion précités tendent souvent à se volatiliser et à se    répandre dans s l'atmosphère pendant le processus de    traitement, ce qui a pour effet une imprégnation de l'atmosphère par des substances nuisibles ou potentiellement toxiques.

   Bien que des dispositifs classiques de fil trage et d'évacuation d'air comme par exemple des hottes chimiques placées au-dssus de la chaîne de traitement où s'effectue le processus ou bien entourant ladite    chaîne e aient donné d'excellents résultats pour évacuer    les substances volatiles précitées, on a constaté néanmoins que ces dispositifs sont relativement peu efficaces.



  De ce fait, ces dispositifs n'assurent pas ordinairement l'évacuation complète des substances précitées hors de l'atmosphère se trouvant au voisinage immédiat de l'en  droit où s'effectue l'opération de traitement. De plus, étant donné qu'il est normalement nécessaire d'effectuer certains réglages dans la chaîne de traitement, il en résulte ordinairement qu'au moins les mains et les bras du personnel sont en contact avec les substances volatilisées. On a constaté que le personnel travaillant dans la zone où sont traitées les compositions à base de matière plastique souffre souvent de symptômes d'affections dermatologiques, particulièrement dans la région des mains et des bras.



   Un autre problème propre aux procédés de chauffage par haute fréquence en général et plus   particulière-      ment aux procédés s de chauffage par haute fréquence des    compositions à base de matière plastique réside dans une tendance à la présence d'arcs ou de décharges Corona entre les électrodes et/ou entre les électrodes et la composition à base de matière plastique. Lorsqu'un tel phénomène se produit, la composition à base de matière plastique est généralement brûlée et rendue inutilisable.



   On a constaté que l'importance.   de    l'arc et de la décharge Coronna est directement proportionnelle à la quantité de substances ionisées présente autour des électrodes et autour de la composition à base de matière plastique pendant l'opération et qu'elle est influencée par cette quantité. Jusqu'à présent les appareils de chauffage à haute fréquence de type classique ne comportent aucun dispositif pour évacuer les substances ionisées précitées hors de la zone de traitement; il en résulte que les agents de traitement évaporés à base de peroxyde organique et/ou les produits de réaction du processus de traitement stagnent ordinairement au voisinage de la zone de traitement ce qui a pour effet d'augmenter le risque d'arcs ou de décharges Corona.



   Un autre inconvénient que   l'on    rencontre souvent dans le traitement de compositions à base de matière plastique par des techniques électriques mettant en oeuvre des fréquences élevées réside dans le fait qu'un appareil de chauffage à haute fréquence de type classique comprend généralement une ou plusieurs électrodes reliées à la terre et une ou plusieurs électrodes portées à un potentiel élevé, lesdites électrodes étant laissées à nu et exposées au milieu environnant.

   Aux tensions relativement élevées généralement nécessaires pour traiter les compositions à base de matières plastiques, les électrodes à nu précitées constituent un risque important de brûlure et de commotion pour le personnel et présentent également une source possible de radiations parasites qui peuvent gner le fonctionnement des installations électriques   sensibles    et/ou de radio se trouvant dans le voisinage. Jusqu'à présent on n'a pu obtenir qu'une sécurité et une protection partielles de ces installations électriques en les enfermant de plus ou moins près à l'intérieur d'une grande cage en treillage ou en fil métallique. Toutefois, un tel agencement, en plus d'tre encombrant, n'est que partiellement efficace pour assurer une protection contre les dangers présentés par les courants et les phénomènes électriques.



   Toutefois, la présente invention a pour but de résoudre ces problèmes en grande partie de manière à permettre un meilleur contrôle du processus ainsi que des opérations plus longues et présentant moins de danger.



   La présente invention vise un appareil de chauffage à haute fréquence qui peut tre mis en oeuvre en toute sécurité et qui ne nécessite pas de protection ou blindage extérieur encombrant.



   La présente invention vise encore un appareil qui par son agencement propre permet d'exercer un contrôle efficace sur l'atmosphère se trouvant entre les électrodes portées au potentiel haute fréquence et la composition en cours de traitement.



   La présente invention vise également un appareil de chauffage à haute fréquence destiné au traitement des compositions à base de matière plastique durcissables à chaud, appareil qui réduit de façon considérable la quantité de substances volatiles qui peuvent s'échapper jusque dans l'atmosphère environnant pendant les opérations de traitement.



   L'appareil de chauffage conforme à la présente invention comporte au moins une électrode annulaire portée à un potentiel élevé et des électrodes annulaires reliées à la terre, ces électrodes étant alignées sur le mme axe de manière à entourer le trajet parcouru par la pièce à chauffer, et est caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux électrodes distinctes reliées à la terre et que chaque électrode à potentiel élevé est placée à égale distance de deux électrodes reliées à la terre qui sont raccordées l'une à l'autre par un blindage entourant complètement l'espace libre se trouvant autour de ladite électrode à potentiel élevé.



   L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre pour laquelle on se reportera au dessin annexé sur lequel:
 la fig. 1 est un coupe longitudinale très schématique d'un mode de réalisation de la présente invention représentant un segment d'une longueur continue de tube en matière plastique traversant l'appareil de chauffage;
 la fig. 2 est une coupe de l'appareil et du tube en matière plastique de la fig. 1, ladite coupe étant prise suivant 2-2 de la fig. 1.



   Si   l'on    se réfère maintenant à la fig. 1, on   vcit    que trois électrodes du type annulaire 24, 20 et 26 ayant chacune le mme diamètre intérieur sont montées sur le   mme axe longitudinal, des intervalle. s de longueur égale    les séparant, à l'intérieur du blindage extérieur 22.



  L'électrode centrale 20 qui est l'électrode chaude ou électrode portée à un potentiel élevé est montée, de façon appropriée, en position concentrique convenable à l'intérieur du blindage 22. Comme représenté, on obtient de préférence cette disposition au moyen d'un bloc support 16 qui est constitué par une matière électro-isolante et qui est monté dans la paroi du blindage 22 ledit bloc support comportant un alésage radial ayant la mme dimension et la mme forme que le conducteur d'entrée rigide 14 allant jusqu'à l'électrode 20. Le conducteur   d'entrée    14   est    aussi raccordé au côté à potentiel élevé d'un générateur à haute fréquence (non représenté).



   Etant donné que les deux électrodes d'extrémité 24 et 26 sont toutes deux reliées à la terre, on peut les relier directement au blindage 22 (par exemple par un brasage, par des raccords filetés ou par tout autre moyen approprié) mme lorsque le blindage est constitué par un métal ou par un autre matériau électroconducteur, suivant les besoins de rigidité de solidité et de durée de vie de l'appareil. De   préférence,    des blocs de guidage 28 et 28', en forme de bague, constitués par une matière électro-isolante sont également montés à l'intérieur du blinadage 22 au voisinage des deux   électrodes    d'extrémités 24 et 26 afin de supporter et de guider le tube 18 en matière plastique à travers le dispositif.

   On peut utiliser avantageusement comme matériau pour constituer les bagues de guidage précitées 28 et 28', un polymère solide à base de monooléfine à fluorine substituée tel que du tétrafluoroéthylène (par exemple du    Teflon ).    Des matières plastiques polymères de ce genre conviennent  aussi pour tre utilisées comme matière   électrouisolante    pour le bloc de montage 16 et sont particulièrement avantageuses lorsque le bloc 16 présente une partie agrandie comme représenté sur les   fig. 1    et 2, de manière à obtenir des bras 17 en forme de selle allongée pour assurer un support supplémentaire au tube 18 lorsqu'il traverse la partie centrale de l'appareil.



      Les matières à partir desquelles est t constitué l'appa-    reil décrit peuvent tre de nature très différente. D'une façon générale, les parties électriques,   c'est-à-dire    les électrodes, les   dispositifs    de raccordement et autres, peuvent tre constitués par   toute    substance présentant une   conductibilité    électrique relativement élevée. Ainsi on a constaté que les métaux tels que l'aluminium, le cuivre, le beryllium, le zinc, l'argent et les alliages de ces métaux et autres constituent des matériaux de fabrication satisfaisants. On a remarqué qu'en général, l'aluminium convient particulièrement bien du fait de sa légéreté, de sa facilité d'usinage et de sa bonne conductibilité électrique.



      Les matières qui constituent les s parties isolantes de l'appareil décrit peuvent aussi i tre de nature très diffé-    rente. Toute matière électro-isolante qui peut supporter au point de vue physique et chimique la présence des températures, des produits réactifs et des produits de réaction que l'on rencontre pendant les opérations de traitement, peuvent convenir. Des exemples caractéristiques de matières isolantes appropriées d'une façon générale, sont le mica, le verre, la porcelaine vitrifiée, les polymères oléfiniques comme par exemple le polyéthylène et plus particulièrement les polymères des oléfines halogénés comme par exemple le polytétrafluoroéthylène et le polytrifluorochloroéthylène.



   Les caractéristiques de l'appareil décrit sont généralement variables et sont déterminées dans une grande mesure par la forme, les dimensions et l'épaisseur de la   composition à chauffer. I1 est t à noter qu'il est très avan-    tageux d'éviter la présence, autant que possible, d'artes vives et de saillies sur les électrodes étant donné que, suivant un phénomène bien connu dans la technique, les angles aigus, les artes, les saillies et autres constituent des sources en puissance propices à la création d'arcs et de décharges   Coron    lorsqu'ils sont en présence de tensions et de fréquences élevées.



     I1    est également important que la distance séparant les électrodes de la composition en cours de traitement soit sensiblement inférieure à l'intervalle existant entre les électrodes ou bien à la distance séparant l'électrode chaude 20 et le blindage 22 afin d'assurer un chauffage efficace et afin de constituer une sécurité contre les pertes et les arcs et/ou les décharges Corona.   I1    est à noter en outre que l'appareil de chauffage décrit comporte, de préférence, des organes de guidage suffisants pour maintenir l'article ou objet en cours de traitement en position sensiblement concentrique sur la totalité de son passage à travers ledit appareil.



      Bien que des produits volatils s de décomposition ten-    dent naturellement, dans une certaine mesure, à s'échapper par l'extrémité ouverte d'entrée du tube extrudé 18, on préfère, pour obtenir de meilleurs résultats dans l'évacuation de   oes    produits afin de faire disparaître tout danger, raccorder un conduit d'échappement à un orifice d'échappement, comme par exemple l'ouverture 19 représentée en pointillé et ménagée dans la paroi supérieure du blindage 22.



   Exemple
 Cet exemple illustre l'utilisation de l'appareil de chauffage décrit pour traiter en continu un tube de 19 mm de diamètre intérieur au fur et à mesure qu'il est   extrudé à partir r d'une composition en matière plastique    comprenant en poids 100 parties de polyéthylène à densité élevée, 120 parties de noir de carbone et 2,5 parties   de    2,5 diméthyl,   di(t-butyl    peroxy) hexyne-3. L'appareil   dont    il est question est construit sensiblement comme représenté sur le dessin annexé, la plupart de ses parties constitutives étant en cuivre à l'exception des blocs isolants 16, 28 et   28' qui    sont constitués par une matière plastique à base de polytétrafluoroéthylène.

   Le diamètre intérieur des bagues 28 et   28' est    juste supérieur à 26,6 mm (qui est le diamètre extérieur d'un tube dont le diamètre intérieur est de 19 mm) et l'appareil est monté à environ 1,216 m en aval, en étant aligné co-axialement avec la filière de décharge de l'extrudeuse de tube.



  Après avoir traversé l'appareil de chauffage précité, le tube est avancé à travers les caissons de refroidissement ordinaires et les mécanismes classiques qui n'impliquent pas le contact des mains ainsi qu'à travers les éléments    analcgues. Le générateur r d'énergie haute fréquence est    raccordé à l'appareil de chauffage et fonctionne sous une tension de 5000 volts et à une   fréquence    de 27 mégahertz par seconde.



   Après que   l'on    ait réglé les appareils de contrôle de température et de vitesse de l'extrudeuse de manière à obtenir un tube de bonne qualité à une allure stable, le générateur à haute fréquence est mis en marche. On constate que la température du tube augmente depuis une valeur comprise entre 143,3 et 148,90 C lorsqu'il quitte l'extrudeuse   jusqu a    un niveau de température d'environ 2120 C lorsqu'il quitte l'appareil de chauffage.



   Des essais effectués avec un ondemètre à   ab.sorption    indiquent que la densité de flux électrique dans la zone avoisinante pendant les opérations de   traitement    est négligeable mme en des points aussi rapprochés que 30 ou 60 cm du blindage 22. D'autre part, le personnel ne ressent aucun choc susceptible d'tre détecté mme lorsque les mains nues touchent en fait les surfaces métalliques extérieures de l'appareil.



   On fait fonctionner l'appareil en continu pendant 6 heures sans qu'il ne se produise d'arc ou de décharge électrique, ce qui permet d'obtenir un tube traité convenablement et présentant une qualité élevée. Toutefois, on constate qu'une certaine condensation. de sous-produits de décomposition se produit à l'intérieur de l'ensemble de chauffage. D'autres essais montrent que   l'on    peut éviter la majeure   partie    de ce dépôt en fixant une canalisation d'échappement à un orifice de mise à l'air libre comme par exemple l'orifice 19 qui traverse la paroi du blindage 22.



   Il va de soi que de nombreuses modifications peu  vent tre apportées à l'exemple e purement illustratif    ci-dessus ainsi qu'au schéma annexé.



   Par exemple, bien que l'appareil de chauffage particulier décrit ci-dessus ne comporte qu'une seule électrode 20 portée à un potentiel élevé, on peut évidemment utiliser plusieurs de ces   électrodes    pourvu que chacune soit placée à distance égale, de part et d'autre des deux électrodes reliées à la terre comme par exemple les électrodes 24 et 26. De la mme façon, bien que   l'on    ait indiqué la présence   d'un    seul orifice 19 communiquant à l'air libre à travers lequel l'atmosphère se trouvant à l'intérieur, de l'électrode tubulaire peut tre évacué il est évident que deux ou plusieurs ouvertures de ce genre peuvent tre utilisées.

   En outre bien que   l'on    n'ait mentionné que l'évacuation Ide l'atmosphère se  trouvant à l'intérieur du blindage 22, il va de soi que   l'on    peut ajouter à cette atmosphère diverses substances ou que ladite atmosphère peut tre remplacée ou modi  fié= par exemple par r balayage au moyen d'un gaz inerte,    tel que de l'azote, à travers la partie intérieure de l'appareil de chauffage, par exemple en introduisant le gaz inerte à travers une ouverture, tandis qu'on l'évacue par une autre ouverture.



     I1    est à noter que l'on obtient de nombreux avanta  ges    encore, mme lorsque le blindage 22 est constitué   par une e matière non-conductrice comme par exemple de    la porcelaine vitrifiée pourvu, bien entendu, que les électrodes d'extrémité 24 et 26 scient toutes deux reliées à la terre. Toutefois, on préfère de beaucoup que la paroi précitée soit constituée par une matière électroconductrice, étant donné que   l'on      cbtient    ainsi un   organe relié à la terre entourant t l'électrode portée un    potentiel élevé, organe qui assure un minimum de radiations et de risques de commotion intempestifs.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Appareil de chauffage électrique à haute fréquence comportant au moins une électrode annulaire portée à un potentiel élevé et des électrodes annulaires reliées à la terre, ces électrodes étant alignées sur le mme axe de manière à entourer le trajet parcouru par la pièce à chauffer, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux électrodes distinctes reliées à la terre et que chaque électrode à potentiel élevé est placée à égale distance de deux électrodes reliées à la terre qui sont raccordées l'une à l'autre par un blindage entourant complètement l'espace libre se trouvant autour de ladite électrode à potentiel élevé.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que le blindage est électroconducteur et est en contact électrique avec les électrodes reliées à la terre mais est isolé, au point div vue électrique, du conducteur se trouvant au potentiel élevé et allant jusqu'à l'électrode à potentiel élevé et est espacé de l'extérieur de ladite électrode à potentiel élevé d'une distance au moins légèrement supérieure à la distance séparant l'intérieur de l'électrode à potentiel élevé d'avec la surface de la pièce en cours de chauffage.

   2. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'une ouverture au moins est prévue dans la paroi du blindage de manière à permettre le contrôle de l'atmosphère se trouvant à l'intérieur de l'espace délimité par cette paroi.

   3. Appareil selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce qu'un conduit d'échappement est fixé à l'une desdites ouvertures.

   4. Appareil selon la revendication ou une des sous revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une bague e en matière isolante compo-itant une ouverture interne ayant sensiblement la mme dimension et la mme forme que la section droite de la pièce à chauffer est montée à l'in térieur du blindage au voisinage de chacune des deux électrodes d'extrémité afin de guider la pièce à chauffer à travers l'appareil et afin de la maintenir dans une position centrale dans l'appareil.