Brevet FR2004601A1 — publié le 19691128

i 2004601 La présente invention concerne un procédé et une installation de préparation de mousses, en particulier des mousses de polyuréthanes, à partir d'au moins deux constituants pompables et réagissant ensemble rapidement lors du mélange ; on envoie chacun de ces constituants dans 5 une tète mélangeuse à l'aide d'une pompe de pression, et dans ces conditions après un mélange intime on éjecte le mélange susceptible de mousser dans un moule ou analogue. L'installation correspondante consiste essentiellement en au moins deux réservoirs reliés chacun à une pompe par des tuyauteries ; de plus, les pompes se raccordent à uns tête mé-10 langeuse par leurs conduites de refoulement. On sait préparer des mousses constituées par deux ou plusieurs constituants chimiques, qui réagissent en donnant des mousses lorsqu'on les mélange intimement. De plus, on peut mélanger au préalable l'un ou l'autre des constituants avec d'autres produits, comme par exemple des 15 accélérateurs ou des retardateurs de la réaction de œoussage, des colorants, les additifs qui diminuent la combustibilité ou analogues. On envoie finalement chacun des constituants donnant des mousses dans une tête mélangeuse conmune en utilisant un système de ponçage j le mélange s'effectue dans la tête mélangeuse. On éjecte ensuite le mélange dans un 20 moule, ou on le pulvérise sur un substrat mobile, dans lequel se produit le noussage. Pour un fonctionnement parfait de 1'installation, c'est-à-dire pour la préparation d'une mousse homogène, il est indispensable d'opérer dans des conditions opératoires constantes. Cependant, si l'on opère avec 25 une durée de travail plus longue, on constate des variations de structure des constituants, en particulier pendant le mélange préalable avec d'autres produits ; de même le mode de fonctionnement de l'installation entraîne inévitablement des perturbations . Si l'on doit préparer une mousse de nature déterminée, on ajuste au niveau des pompes avant le commencement 30 de la fabrication les proportions des constituants à transporter. Il s'avère qu'il se produit des bulles dans la mousse obtenue malgré des proportions inchangées. Des bulles de cette nature sont particulièrement désavantageuses, dans le cas où elles apparaissent à la surface de l'article en mousse et dans le cas où 1 * on doit utiliser ce dernier sans couche 35 protectrice. Par exemple, on prépare de cette manière les supports de tableaux de bord d'automobiles. On ne peut pas s'attendre à ce que le client accepte des manques d'homogénéité de surface, et les bulles qui apparaissent sous la surface rendent rapidement cette dernière inesthétique lors de 1'utilisation finale. 69 0831 1 2 20046-01 On constate que dans de nombreux cas les bulles de cette nature proviennent d'une modification du volume spécifique de l'un ou l'autre des constituants au cours de l'opération qui suit le réglage initial de l'installation pour la mousse bien déterminée à préparer. 5 Les variations du volume spécifique peuvent provenir du rem plissage des réservoirs ; ou encore, elles peuvent apparaître pendant la marche de la pompe. Par exemple, quand on les utilise pour préparer des mousses de polyuréthanes, des isocyanates ont la propriété de dissoudre de l'air ou d'autres gaz. A l'aspiration de la pompe on obtient une dé-10 pression qui chasse en partie ces gaz de l'isocyanate liquide et les envoie dans la tuyauterie de refoulement. Dans ces conditions également il apparaît des variations du volume spécifique des constituants. Par rapport au réglage de départ de l'installation sur le volume spécifique initial, il se produit dans la tête mélangeuse, à l'ou-15 verture des soupapes d'admission et malgré leur ouverture simultanée, une avance ou un retard des constituants l'un vis-à-vis de l'autre, ce qui entraîne une modification du volume spécifique, c'est-à-dire la compressibilité ; il en résulte qu'une faible partie de l'un des constituants arrive dans le moule sans être mélangée, ce qui provoque la 20. formation des bulles, puisque cette partie non mélangée seule est incapable de mousser. Ce phénomène peut s'expliquer de la manière suivante : l'installation étant réglée au départ pour une pression de service déterminée, on règle avec précision les constituants les uns par rapport aux autres. Si 25 le volume spécifique, c'est-à-dire la compressibilité, change au cours de l'opération, on peut comparer ce phénomène à une précontrainte positive ou négative des constituants, qui ne modifie pas en fait la pression de service, mais qui se fait sentir par l'avance ou le retard ci-dessus lorsque a lieu la brusque détente, c'est-à-dire à l'ouverture des soupapes d'ad-30 mission de la tête mélangeuse. On a découvert que l'on peut éviter cette avance ou ce retard de l'un des constituants par rapport à l'autre ou aux autres à l'ouverture des soupapes d'admission de la tête mélangeuse, en compensant les variations du volume spécifique des constituants transportés par l'inter-35 médiaire d'une tuyauterie raccordant les deux conduites de refoulement des pompes avant le mélange. Cette tuyauterie de raccordement permet d'équilibrer de la manière suivante la variation de compressibilité : en effet jette variation agit sur l'autre constituant par l'intermédiaire de cette 08311 3 2004601 tuyauterie de raccordement, ce qui entraîne ainsi une réaction contraire compensatrice de la variation. Si l'on transporte les constituants à des pressions de service différentes ou si ces constituants possèdent des compressibilités différentes, la forme de la tuyauterie de raccordement 5 doit tenir compte proportionnellement de ces différences. Si l'on respecte ces conditions opératoires, on parvient à éviter, à l'ouverture des soupapes d'admission de la tête mélangeuse, l'avance ou le retard de l'un des constituants, avance ou retard qui résulte des variations de compressibilité, puisque les vitesses de détente des deux constituants sont 10 égales. Normalement, la compensation des variations de compressibilité selon l'invention ne porte dans la pratique que sur deux constituants, puisque l'on peut ajouter au préalable de manière bien connue tous les autres additifs à l'un ou l'autre des constituants, dans la mesure où 15 n'a pas lieu simultanément de réaction préliminaire indésirable. Il va sans dire que le procédé de l'invention peut également s'appliquer, si nécessaire, au mélange préliminaire avec les additifs. On peut réaliser judicieusement, même dans le cas de plus de deux constituants finals, la compensation des variations de compressibilité selon le procédé de l'in-20 vention. Cependant, les conditions requises au point de vue technicité du procédé se compliquent par conséquent du fait du nombre de facteurs qu'il faut prendre alors en considération. Pour la réalisation du procédé on connaît un grand nombre d'installations de différents types, qui consistent toutefois essentiellement 25 en au moins deux réservoirs, communiquant chacun avec une pompe par une tuyauterie ; de plus, les conduites de refoulement des pompes communiquent avec une tête mélangeuse. Pour le mélange préliminaire avec d'autres constituants on prévoit éventuellement les réservoirs, canalisations et tuyauteries de raccordement correspondants. 30 La nouveauté consiste en ce que les conduites de refoulement ' sont reliées les unes aux autres par un élément de compensation mobile d'étanchéification. Cet élément de compensation permet de transmettre à l'un des constituants les variations de compressibilité de l'autre dues au changement de volume spécifique et d'équilibrer ces variations entre 35 deux ou plusieurs constituants. Pour réaliser spécialement l'élément de compensation il existe dans le cadre de l'invention un grand nombre de possibilités différentes de mise en oeuvre ; c'est la raison pour laquelle on n'en indique ici que quelques-unes qui sont caractéristiques. En principe, l'élément de compen- 69 08311 4 2004601 sation peut être de nature mécanique, hydraulique ou pneumatique ou même électrique ; on peut également avoir un élément de compensation de nature complexe. On n'insiste pas davantage sur la mise en oeuvre de nature électrique, puisqu'elle apparaît trop coûteuse par rapport aux autres. 5 II existe un mode de mise en oeuvre mécanique particulièrement intéressant de l'élément de compensation qui consiste en une conduite de raccordement renfermant un piston. Ce piston s'ajuste avec une grande précision dans la conduite de raccordement pour éviter le mélange des constituants par suite de fuites, puisque la réaction qui démarre immé-10 diatement aurait une influence défavorable sur-la mobilité du piston et supprimerait l'effet recherché. Selon un autre mode de mise en oeuvre de 1'invention 1'élément de compensation consiste en une membrane extensible montée en travers dans la conduite de raccordement ; cette membrane rend ainsi absolument 15 étanche en toute sécurité les unes par rapport aux autres les conduites de refoulement des constituants. On doit choisir la membrane aussi élastique et aussi mince que possible pour qu'elle n'amortisse pas ou n'altère pas les variations de compressibilité au cours de leur transmission. Par rapport au mode de mise en oeuvre ci-dessus qui utilise un piston la mem-20 brane présente en premier lieu l'avantage de fournir une étanchéité absolue. Mais par contre, on risque également d'avoir une membrane qui devient fragile après un certain temps de service et qui par conséquent perd son étanchéité. Un troisième mode de mise en oeuvre consiste par conséquent en une 25 combinaison des deux réalisations ci-dessus, dans laquelle le piston est fixé à la conduite de raccordement par l'intermédiaire d'une membrane extensible, tout en gardant cependant sa mobilité ; ou encore on intercale une membrane devant au moins l'une des deux faces du piston ; la membrane se trouve appliquée contre la face du piston sous la pression des constituants. 30 Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention que l'on peut appliquer avantageusement en particulier pour équilibrer les variations entre plus de deux constituants, l'élément de compensation consiste en une chambre de compression remplie d'une matière fluide, qui peut être un gaz ou un liquide ; cette chambre est rendue étanche par des membranes 35 extensibles par rapport aux conduites de raccordement ou aux canalisations. Pour éviter également les fuites dans ce cas, on peut réaliser les différents raccords selon le troisième mode de mise en oeuvre ci-dessus, en utilisant un piston avec une ou deux membranes ; l'une des COP^ 69 08311 5 2004601 extrémités du piston est tournée vers le raccordement de la tuyauterie du constituant correspondant, alors que l'autre extrémité est tournée vers la chambre de compression commune. Dans la mesure où tous les constituants sont soumis à la même 5 pression de service et présentent sensiblement la même compressibilité, les surfaces de l'élément de compensation, sur lesquelles les constituants exercent une pression, doivent avoir les mêmes dimensions. Si les pressions de service ou les compressibilités sont différentes, les dimensions de ces surfaces doivent être calculées proportionnellement en conséquence en 10 fonction des lois physiques connues, pour obtenir l'effet recherché. Le dessin annexé permet d'étudier plus en détail le mode opératoire du procédé de l'invention ; le schéma représente une installation de moussage, et on a également une représentation schématique d'autres modes de réalisation de l'élément de compensation ; la figure 1 montre en 15 fait un schéma d'une installation de moussage et les figures 2 à 6 représentent des coupes de différents modes de mise en oeuvre de l'élément de compensation. Dans la figure 1 le réservoir 1 contenant le constituant A communique avec l'aspiration de la pompe 2. Par le raccord 3 on ajoute au cons-20 tituant A un activeur prélevé dans le réservoir 5 par la pompe 4. Le constituant B stocké dans le réservoir 6 passe dans la chambre d'aspiration de la pompe 7. La tuyauterie de refoulement 8 constituée par une chambre de refoulement ainsi que par une tuyauterie et un flexible aboutit à la tête mélangeuse 9, de même que la tuyauterie de refoulement 10 de la pompe 2, 25 qui est conçue de la même manière. Les chambres de refoulement des tuyauteries 8 et 10 communiquent l'une avec l'autre par la conduite de raccordement 11 et l'élément de compensation 12. La tête mélangeuse 9 comprend normalement une chambre de mélange avec ou sans agitateur, des buses d'admission ainsi que des soupapes d'admission 13 et 14 pour les constituants 30 A et B. Les vis de réglage 15 et 16 permettent d'ajuster lors du réglage initial les constituants A et B l'un par rapport à l'autre, de manière que leur mélange s'effectue de façon parfaite, c'est-à-dire sans avance ni retard au moment de l'ouverture des soupapes d'admission 13 et 14 ; on introduit ensuite dans le moule 15 le mélange réactionnel susceptible de 35 mousser comprenant ces deux constituants. Si par exemple la compressibilité, c'est-à-dire le volume spécifique du constituant A, varie, le constituant B exerce une pression correspondante par l'intermédiaire de l'élément de compensation 12 ; il en résulte un équilibrage des variations de compres- ^COPY 69 08311 6 2004601 sibilité de manière qu'il ne se produise pas d'avance ni de retard de l'un des constituants au moment de l'ouverture des soupapes d'admission et au moment où ils sortent des buses. La figure 2 représente l'élément de compensation 12 constitué 5 par la conduite de raccordement 11 reliant lès tuyauteries 8 et 10 ; le piston mobile 16 coulisse dans cette conduite de raccordement en donnant un ajustement étanche. La figure 3 représente une conduite de raccordement 11 présentant une membrane extensible 17. 10 La figure 4 représente une réalisation mixte selon les figures 2 et 33 ce qui permet d'éviter toutes fuites. La membrane 19 est encastrée dans la conduite de raccordement 11, et elle présente un trou centrais par lequel passe un raccord à vis5 non représenté sur le dessin, reliant les deux moitiés du piston 20. Si l'on serre fortement ce raccord à vis les 15 faces adjacentes du piston sont étanches. Les cavités 21 sont ménagées pour permettre l'extension de la membrane 19 lors du déplacement du piston 20. La figure 5 représente un autre mode de mise en oeuvre conforme à la figure 4. Comme on doit équilibrer dans un rapport préréglé les varia-20 tions des constituants A. et B, la conduite de raccordement 11 possède du côté du raccordement avec la tuyauterie du constituant B un diamètre plus grand que du côté du raccordement avec la canalisation du constituant A. En conséquence, le piston 22 présente à ses extrémités des diamètres différents. Les membranes 23 et 24 permettent d'obtenir une étanchéification 25 absolue. A la place du piston 22 on peut aussi utiliser naturellement un gaz ou un liquide, de préférence incompressible, remplissant l'espace entre les deux membranes 23 et 24. La figure 6 représente une modification du dernier mode de mise en oeuvre dans le cas d'un système à trois constituants. L'élément de com-30 pensation 12 consiste essentiellement en une chambre de refoulement 25, remplie d'un liquide ou d'un gaz ; cette chambre de refoulement est rendue étanche par des membranes 29, 30 et 31 tournées respectivement vers les conduites de raccordement 26, 27 et 28 des constituants A, B et G. Si par exemple la compressibilité du constituant A varie, on équilibre cette varia-35 tion avec les constituants B et G par l'intermédiaire du milieu qui se trouve dans la chambre de refoulement 25. 69 08311 7 2004601 REVENDICATIONS I - Procédé de préparationde mousses, en particulier de mousses 5 de polyuréthanes, à partir d'au moins deux constituants pompables réagissant rapidement les uns avec les autres lorsqu'on les mélange, chacun de ces constituants étant envoyé sous pression dans une tête mélangeuse par l'intermédiaire d'une pompe de refoulement et étant éjecté dans un moule ou analogue après mélange intime des matières susceptibles de mousser, 10 ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on compense les variations de volume spécifique (variations de compressibilité) des constituants transportés par l'intermédiaire d'un raccord mettant en communication les tuyauteries de refoulement des pompes avant le mélange des constituants. 15 2 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé, consistant essentiellement en au moins deux réservoirs reliés chacun à une pompe par des tuyauteries, les tuyauteries de refoulement des pompes communiquant avec une tête mélangeuse, ladite installation étant caractérisé en ce que les tuyauteries de refoulement communiquent ensemble par l'intermédiaire d'un 20 élément de compensation mobile formant étanchéité. 3 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que 1'élément de compensation consiste en un piston placé à l'intérieur d'une conduite de raccordement. 4 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce 25 que l'on utilise comme élément de compensation une membrane extensible disposée transversalement dans la conduite de raccordement des tuyauteries. 5 - Installation selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l'on intercale une membrane dans la conduite de raccordement en avant du piston, et au moins à une extrémité. 30 6 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de compensation consiste en une chambre de refoulement, remplie d'un fluide, ladite chambre de refoulement étant rendue étanche par des membranes extensibles du côté des raccordements avec les tuyauteries.