Brevet FR2011264A1 — publié le 19700227

La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication de pièces moulées en céramique, à partir de pâtés céramiques plastiques. • La fabrication des pièces moulées de forme en céramique était réalisée jusqu'à présent par des procédés de pressage, de tournage ou de coulage. Pour cela, on n'utilisait presqu'exclusivement que des moules en plâtre. Le bon fonctionnement de ces moules est assuré par le système de pores que le plâtre présente une fois qu'il a fait prise. L'un des inconvénients des méthodes actuelles de mise en forme des pâtes céramiques consiste dans le fait que les moules utilisés n'ont qu'une durée d'emploi relativement limitée, cela en raison des mauvaises qualités mécaniques du plâtre, et de sa solubilité dans l'eau. Comme autre inconvénient, il y a lieu de citer le fait que le séchage des pièces moulées en céramique qui se fait sur ou dans le moule n'est rendu possible que par l'emploi d'un grand nombre de moules ou de machines compliquées, cala en raison des faibles fatigues thermiques que le plâtre peut supporter. C'est pourquoi de nombreux essais ont été tentés en vue d'éliminer ces inconvénients par une amélioration des propriétés mécaniques et de la résistance à la chaleur du plâtre. On a essayé dans la pratique des dérivés de cellulose, des alcools et des acétates de polyvinyle, des additions de chaux ou de ciment, ou encore des matières plastiques à base de résines époxydes, de résines polyester ou de résines méthacryliques. Mais ces additions ont une influence défavorable sur le système de pores qui se forme dans le plâtre, de sorte que ces additifs ayant pour but d'augmenter la résistance mécanique n'ont eu jusqu'à présent aucun succès dans la pratique. On a également proposé d'employer pour la fabrication de pièces de forme en céramique, non plus du plâtre, mais d'autres matériaux. Dans le brevet allemand 1.127.787, on propose, par exemple^ comme matériau pour la fabrication des moules, une pâte céramique riche en kaolin, additionnée d'une faible quantité de fondant, et cuite à haute température, tandis que la description pour la demande de brevet 1.241.751 traite d'un procédé pour la fabrication de moules à partir de charges anorganiques combinées avec des liants organiques. Mais ces procédés n'ont pas pu non plus réussir à acquérir une importance dans la pratique, étant donné que la cuisson entraîne des retraits et surtout des déformations des moules et d'autre part parce que dans le mode de fabrication des moules, selon la demande de brevet citée, la production régulière d'un système de pores uniformément répartis présente des difficultés considérables. Les inconvénients des procédés de mise en forme actuels sont évités d'après la présente invention en réalisant le moulage des pâtes céramiques plastiques, à l'aide d'un procédé de moulage sous pression, en employant des 69 18659 2 2011264 moules en deux ou plusieurs parties, formés par un matériau poreux et conduisant la chaleur. Il s'agit, selon l'invention, de travailler avec un système de moulage sous pression utilisant des moules chauffables d'une porosité suffisante. 5 Les moules employés de préférence dans ce procédé sont réalisés par des charges anorganiques qui sont liées à l'aide d'un certain groupe de résines synthétiques. Comme charges dans le sens de la présente invention, on peut employer toutes les substances possédant une certaine conductivité calorifique et pouvant être fabriquées en grains ayant une dimension entre 0,005 et 0,5mm. 10 Dans la pratique, on emploiera de préférence des poudres métalliques telles que de la poudre d'aluminium ou de la poudre de cuivre. Selon l'invention, on peut employer comme liants toutes les résines synthétiques qui se solidifient par un processus de durcissement en dégageant à la température de solidification une phase gazeuse. En pratique, on emploiera 15 de préférence des résines synthétiques de polycondensation, telles que les résines à base de phénol, de mélamine, et d'urée. Le système capillaire, indispensable pour le bon fonctionnement des moules posssèdant des pores communiquant et traversant le moule, est formé par des substances gazeuses qui se dégagent au cours du phénomène de durcissement. 20 II s'est avéré avantageux d'employer la résine synthétique servant de liant pour la fabrication de moules dans un rapport de masse s'élevant à une valeur comprise entre 5 et 35%. Ces liants peuvent se présenter sous forme liquide et/ou sous forme pulvérulente. Le durcissement de ces liants peut être assuré, soit à chaud, soit à froid, soit sous pression, soit sans aucune ac-25 tion d'une pression. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer comme matériaux pour la fabrication des moules, les matériaux ayant la composition suivante : 400 g de poudre de cuivre - avec des grains de 100 à 120 y. , 2250 g de poudré d'aluminium - avec des grains de 40 à 60 js. , 30 270 g de résine liquide phénol-résol, 360 g de résine solide à base de phénol, formée de Novolak et de héxamé-thylène-tétramine sous forme pulvérulente. Le produit mentionné est mis en forme après mélangeage intensif dans une presse hydraulique, où la solidification est obtenue à chaud. 35 La mise en forme de la pâte céramique, d'après le principe du moulage sous pression dans des moules poreux et chauffables, offre l'avantage que les pièces moulées en céramique peuvent être débarrassées de l'eau qu'elles contiennent de deux façons, et cela très rapidement. C'est ainsi que l'on a,d'une part, la possibilité d'utiliser un seul moule supérieur stationnaire, avec 40 • plusieurs moules inférieurs disposés sur une tiable circulaire tournante, le 69 5 10 15 20 25 30 35 40 18659 3 2011264 moule supérieur ne descendant sur le moule inférieur pour former un moule entièrement fermé que pendant l'opération d'injection, de sorte qu'après moulage on peut réaliser le séchage des pièces moulées pour leur donner la consistance du cuir, d'une part en chauffant le moule inférieur et d'autre part en utilisant un système de soufflage d'air chaud, cette combinaison permettant un séchage en 60 secondes. On a d'autre part la possibilité d'assurer l'égouttage des pièces moulées sous pression en appliquant une pression correspondante sur les pièces moulées, l'eau s'évacuant par les pores, la pression pouvant être produite par le système de mise en pression de la machine à injection sous pression et la transmission de la pression se faisant par la pâte injectée elle-même. Un chauffage supplémentaire des moules fournit également, dans ce mode opératoire, des pièces céramiques moulées séchées ayant la consistance du cuir, que l'on peut enlever des moules au bout de quelques, secondes. La première méthode de séchage exige dans une machine de production un moule supérieur et jusqu'à 15 moules inférieurs, tandis que le second système de séchage avec égouttage permet la production de pièces céramiques moulées avec un moule unique. Dans les deux méthodes, on peut utiliser, pour les machines à mouler par injection, de simples groupes d'injection à piston, la masse céramique plastique étant utilisée sans chauffage, c'est-à-dire à la température normale. Pour l'industrie céramique, ce procédé, dans lequel on emploie pour la première fois des moules chauffés pour assurer le séchage des pièces moulées, constitue un progrès considérable. Par rapport aux méthodes de mise en forme usuelles, on atteint une réduction extraordinaire du nombre de moules à utiliser, étant donné qu'à l'heure actuelle on emploie des jeux de moules comportant 1500 à 3000 moules. En outre, ce procédé permet des réductions de travail et de personnel, pour le changement des moules, pour leur a-menée et leur évacuation, ainsi que pour leur stockage. Grâce à la production de pièces céramiques moulées d'après le procédé de moulage par injection, on peut supprimer également les systèmes de séchage qui étaient nécessaires jusqu'à présent pour obtenir le séchage jusqu'à ce que la pâte ait la consistance du cuir et on peut supprimer également tous les travaux de nettoyage et d'essuyage des pièces moulées. En outre, on réduit la consommation de pâte céramique par rapport au procédé de tournage actuel d'une façon considérable, l'économie pouvant atteindre jusqu'à 40 %, car on supprime tous les suppléments de pâte indispensables pour le formage par tournage. Un autre avantage considérable du procédé de moulage par inj.ection consiste dans le fait que cette technique permet de produire des pièces qui ne pouvaient pas être produites jusqu'à présent au tour et qui devaient par conséquent être réalisées par coulage. 69 18659 4 2011264 Dans un perfectionnement du procède, on emploie pour la fabrication de pièces moulées en céramique» non seulement des moules chauffés, mais on échauffe en outre la pâte céramique plastique avant le moulage. Il s'est avéré avantageux de chauffer la pâte à mouler par injection à une tempéra-5 ture entre 40 et 140°C, et de préférence à une température entre 70 et 95°C. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, on utilise comme machine à mouler par injection une boudineuse dans laquelle l'échauffe-ment de la pâte à mouler par injection peut^se faire tout au moins partiellement „ 10 Les progrès que l'on peut réaliser par ce procédé sont considérables. Ces progrès se sont fait sentir, déjà, dans la préparation des pâtes employées. Alors que jusqu'à présent, il fallait une opération spéciale pour l'homogénéisation et pour l'expulsion de l'air contenu dans la pâte céramique, opération qui exigeait des machines spéciales, on peut, d'après le procédé selon l'in-15 vention, utiliser directement pour le moulage la pâte céramique sortant des filtres-presses ou obtenue par malaxage. On peut supprimer également la préparation jusqu'ici indispensable de la pâte à mouler dans la presse à vide, préparation qui entraînait des frais considérables. Un autre avantage du procédé selon l'invention consiste dans le fait que 20 la teneur en eau des pâtes plastiques utilisées pour le moulage peut à priori être beaucoup plus faible que la teneur des pâtes employées dans les méthodes utilisées jusqu'à présent. En effet, le coussin de vapeur qui se produit lors de l'échauffement de la pâte à injecter sous pression qui a été plastifiée avec de l'eau assure des propriétés d'écoulement largement suffisantes, même si la 25 .quote-part en eau est de l'ordre d'environ 15%, et c'est pourquoi l'on emploie selon la présente invention une pâte à injecter sous pression avec une teneur l en eau s'élevant à une valeur entre 10 et 20% en poids, et de préférence avec une teneur en eau s'élevant à une valeur de 14 à 18% en poids» Selon l'invention, on a proposé d'utiliser des pâtes chauffées- avant la 30 mise en forme et cet échauff ement peut être réalisé comme mentionné dans la boudineuse. Une quote-part importante de l'énergie calorifique nécessaire à cet échauffement est dégagée automatiquement par la chaleur dûe au frottement qui se produit lors de la plastification. Un autre avantage important de l'invention réside dans le fait que lrex-35 traction de l'eau dans les pièces moulées en céramique se fait plus rapidement. Cette extraction se produit déjà au cours de l'opération de aise en forme, étant donné que la vapeur d'eau s-tockée dans la pâte à mouler réchauffée peut s'échapper à travers les pores des moules. C'est pourquoi les pièces moulées peuvent être retirées des moules immédiatement après le msirlagsj les pièces 40 ayant déjà la consistance du cuir. 69 18659 2011264 Ce qui est également très important, c'est qu'il suffit, selon le procédé de l'invention qui consiste en un moulage sous pression, d'un seul moule pour fabriquer des pièces moulées céramiques à partir de pâte céramique plastique. Un autre avantage qu'il ne faut pas sous-estimer réside dans le fait que 5 les pièces moulées selon ce procédé subissent un compactage augmentant encore la densité, ce qui revient à une amélioration de la qualité. En dehors des avantages déjà mentionnés, la présente invention offre en outre la possibilité de fabriquer des pièces en céramique de forme compliquée en une seule opération. Cela s'applique par exemple - sans que cet exemple soit 10 limitatif - à la fabrication de tasses. Pour les tasses, il n'est plus nécessaire de fabriquer séparément la coupe de la tasse et l'anse pour ensuite les coller l'un avec l'autre. Selon la présente invention, la tasse peut être fabriquée directement avec son anse en une seule opération. On comprendra mieux les caractéristiques et les détails de la présente 15 invention, à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux figures qui représentent : - la figure la, un moule pour le moulage par injection représenté en coupe à l'état fermé; 20 - la figure lb, l'opération de séchage de la pièce moulée sous pression; - la figure 2, un autre mode de séchage de la pièce moulée. Une pièce moulée en céramique 1 est réalisée par moulage sous pression dans un moule comportant un moule inférieur 2, un moule supérieur 3, ainsi qu' un canal pour injection sous pression 5. Dans la partie inférieure du moule 2 25 de même que dans la partie supérieure du moule 3 se trouvent encastrés des é-léments chauffants 4 et 4'. Après réalisation de l'opération d'injection, la partie supérieure du moule 3 qui dans la plupart des cas peut servir pour plusieurs parties inférieures de moule 2 - disposées par exemple toutes sur une table circulaire tournante - est soulevée et la partie inférieure du moule 2 30 avec la pièce moulée 1 est évacuée vers le dispositif de séchage 6 pour terminer le séchage. Dans ce système de séchage, des buses soufflent-de l'air chaud sur la pièce moulée (voir les flèches ). De cette façon, la pièce moulée prend rapidement la consistance du cuir. Selon la figure 2, le séchage de la pièce moulée 1 est assuré par l'effet 35 de la pression qui chasse l'humidité à travers les pores de la partie inférieure 2 du moule. La pression peut être exercée pour cela à travers le canal d1alimentation 5 par la pâte servant au moulage. Un autre canal 7 collecte l'humidité éliminée par le pressage, et l'évacué. ^ , 69 18659 6 2011264 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication de pièces moulées en céramique, caractérisé par le fait que des pâtes céramiques plastiques sont,moulées par un procédé d'injection sous pression dans des moules présentant une .porosité appro- 5 priée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pâtes céramiques sont mises en forme dans des moules pour moulage sous pression comportant un système de capillaires formé par des pores communiquants et ouverts des deux côtés, assurant une bonne perméabilité au gaz et à l'eau. 10 3. Procédé selon les revendications 1 et 2^caractérisé en ce qu'on uti lise des moules pour moulage sous pression chauffés. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces moulées sont séchées jusqu'à ce qu'elles aient la consistance du cuir, par chauffage des moules pour moulage par injection sous pression, complété par un 15 séchage à l'air chaud. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pièces moulées qui restent dans ou sur les moules inférieurs chauffés sont soumises, après enlèvement de la partie supérieure du moule, à des jets d'air chaud pour terminer le séchage. 20 6. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les piè ces moulées sont séchées jusqu'à atteindre la consistance du cuir, par chauffage des moules pour le moulage sous pression et par égouttage sous pression. 7. Procédé selon les revendications là 3 et 6, caractérisé en ce que les pièces moulées prises entre les parties chauffées du moule sont mises sous 25 pression par la pâte céramique injectée sous pression par le canal d'injection. 8. Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pâte céramique injectée sous pression est chauffée avant le moulage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pâte céramique injectée sous pression est chauffée avant le moulage à une température 30 comprise entre 40 et 140°C et de préférence, entre 70 et 95°C. 10. Procédé selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'on utilise pour l'injection sous pression une boudineuse dans laquelle la pâte céramique plastique est au moins partiellement chauffée. 11. Procédé selon les revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on uti- 35 lise comme pâte plastique à injecter sous pression une pâte avec une teneur en eau entre 10 et 20% en poids et de préférence entre 14 et 18% en poids. 12. Procédé selon les revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la pâte à injecter sous pression est envoyée aux moules pour l'injection sous pression sans avoir été débarrassée de l'air par un traitement sous vide. 40 13. Moule pour injection sous pression, pour la mise en oeuvre du procédé 69 18659 7 2011264 selon les revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il est constitué au moins en partie par un matériau bon conducteur de la chaleur. 14. Moule selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est formé par des charges anorganiques, liées par un liant formé de résines synthétiques, 5 qui durcissent en dégageant des gaz provoquant la formation du système de capillaire assurant la porosité du moule. 15. Moule selon les revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il comporte, comme charge anorganique conduisant la chaleur, une poudre métallique telle que de la poudre de cuivre ou de la poudre d'aluminium, ayant des grains 10 d'une grosseur comprise entre 0,005 et 0,5mm, et comme résine synthétique dégageant des gaz et formant le liant de préférence des résines synthétiques de polycondensation telles que les résines à base de phénol, de mélamine et d'urée.