Brevet FR2006044A1 — publié le 19691219

La présente invention se rapporte à la fabrication d'objets cellulaires à partir de matières plastiques par moulage par injection. le terme "matières plastiquesM utilisé ici comprend des résines organiques synthétiques du type thermoplastique et du 5 type thermodurcissable. Ces objets cellulaires sont façonnés à partir de matières plastiques coolables et transformables en mousse, par exemple une polyoléfine. Une telle matière plastique contient un agent de production de mousse qui, dans des conditions appropriées, engen-10 dre une structure cellulaire dans ladite matière, l'agent de production de mousse peut être une substance volatile, normalement liquide, par exemple, du pentane technique, et les agents de production de mousse de cette sorte sont bien connus dans la technique pour la fabrication du polystyrène expansé (c'est-à-dire cellulaire 15 ou à l'état de mousse)* L'agent de production de mousse peut aussi être du type chimique, c'est-à-dire une substance ou un mélange de celui-ci qui, par exemple, dans des conditions de température élevée se décompose ou réagit pour former un gaz, par exemple du gaz carbonique ou de l'azote, capable de former la structure cellulaire 20 nécessaire dans la matière plastique; les agents de production de ■eusse de ce type sont connus techniquement pour fabriquer par exemple des polyoléfines et du polystyrène cellulaires* Quel que soit l'agent de production de mousse utilisé, la formation de mousse dépend de la production ou du dégagement, à l'intérieur de 25 la masse fondue, d'un grand nombre de bulles séparées de gaz ou de vapeur qui se développent à mesure que la pression s'abaisse pour former les cellules de l'objet final ; ces cellules restent une de ses caractéristiques permanentes si l'objet moulé est refroidi après l'opération de moulage. 30 11 est possible de fabriquer des objets cellulaires à partir de compositions de matières plastiques transformables en mousse par moulage par injection* Cependant, on a découvert conformément à la présente invention qu'après avoir injecté dans le moule une charge de matière plastique liquide transformable en mousse, 35 la buse d'injection doit être fermée en un point situé aussi près que possible de la sortie de la buse et cette buse doit être maintenue constamment en position d'injection* Si la buse se retire après l'injection conformément à la technique classique de moulage 69 10906 2 2006044 par injection, la composition transformable en mousse comprise dans le trou de coulée tend à se dilater dans le sens de la buse et à s'unir à la matière fondue à l'extrémité de la buse; sa solidification fait qu'il devient difficile, sinon impossible de 5 retirer normalement du moule l'objet moulé cellulaire* D'autre part, le maintien de la buse d'une manière permanente dans la position d'injection crée des difficultés concernant le refroidissement de la zone du trou de coulée et de la partie voisine du moule, en ce qui concerne l'échange thermique qui se produit 10 entre la buse d'injection et le manchon du trou de coulée* L'un des buts de l'invention est d'apporter une méthode de fabrication d'objets en matière plastique cellulaire par moulage par injection, dans laquelle les difficultés ci-dessus sont vaincues* 15 Selon un des aspects de l'invention, une méthode de fa brication d'un objet cellulaire par moulage par injection comprend l'injection d'une matière plastique transformable en mousse dans un moule en traversant un manchon de trou de coulée qui est isolé thermiquement de la buse d'injection d'une machins de moulage par 20 injection par un élément isolant situé entre le manchon du trou de coulée et l'extrémité de sortie de la buse, ledit élément comportant une ouverture pour permettre à la matière transformable en mousse de le traverser; la fermeture de la buse d'injection à son extrémité de sortie, la buse étant maintenue dans sa position 25 d'injection d'un bout à l'autre du cycle de moulage; la transformation en mousse de la matière plastique située dans le moule; et l'évacuation de la matière plastique de ladite buse* De préférence, l'élément isolant comprend une couche comportant une ouverture ou similaire, en matière isolante de la 30 chaleur disposée à l'intérieur d'une partie évidée du manchon de trou de coulée et un élément de retenue métallique à ouverture disposé entre la matière isolante et la sortie de buse, la surface extérieure de l'élément de retenue étant évidée pour recevoir l'extrémité de sortie de la buse* Cependant, l'élément isolant 35 peut comprendre une couche mince de matière isolante de la chaleur qui est compressée dans une partie évidée du manchon de trou de coulée et munie d'un orifice pour le passage des matières plastiques transformables en mousse par un déplacement de la buse dans 69 10906 3 2006044 sa position d'injection, suivi de l'injection de la matière plastique sortant de ladite buse* Si on le désire, on peut aussi refroidir le manchon du trou de coulée d'une manière classique, par circulation d'un 5 liquide d'échange thermique à l'intérieur de canaux de refroidissement appropriés, mais un avantage particulier de l'invention consiste en ce que la méthode susmentionnée de fabrication d'objets cellulaires peut être appliquée en utilisant des moules d'une construction simple où. le moyen particulier de refroidissement de la 10 zone du manchon de trou de coulée n'existe pas. Par exemple, les demandeurs ont découvert que les pressions d'injection pour le mou!âge par injection d'objets cellulaires en polyoléfine sont telles que l'on peut utiliser des moules relativement bon marché, par exemple en fonte d'aluminium coulée, et il est évidemment 15 avantageux dans ce cas de pouvoir éviter une augmentation du coût du moule en n'employant pas de moyens spéciaux pour effectuer le refroidissaient de la zone de coulée après injection de la charge de matière plastique transformable en mousse. Ces moules peuvent être coulés en deux ou trois composants, ordinairement en deux 20 moitiés appareillées, l'une d'elles étant munie d'une partie formant montant ou d'une partie en collier, qui constitue le manchon susmentionné. Une autre possibilité consiste à utiliser un manchon de trou de coulée séparé, lequel peut être fixé d'une manière amovible an composant de moule approprié avant le montage 25 du moule sur la machine de moulage par injection. Sans ce cas, on peut utiliser un manchon de trou de coulée, unique, interchangeable entre différents moules de coulée, et de cette manière, on peut réaliser un avantage économique important en ce qui concerne les moules ; un tel manchon de trou de coulée peut comporter un 30 dispositif de refroidissement, mais cela n'est pas essentiel. Cependant, il est avantageux de considérer que le manchon de trou de coulée constitue une partie intégrante d'un des composants du moule de coulée du fait de la simplicité de montage de la machine de moulage par injection. 35 "u'isolation thermique établie entre le manchon du trou de coulée et la buse d'injection est telle qu'indépendamment du passage d'alimentation nécessaire entre la sortie de la buse et le canal de coulée, ce passage d'alimentation forme en effet un 69 10906 4 2006044 court prolongement vers l'arrière du casai du trou de coulée, 11 n'existe pas de "volume mort" où la masse fondue transformable en mousse paisse s'accumuler et provoquer des perturbations par production de mousse lorsque la pression est supprimée et le 5 moulage éjecté; poux cette raison, il est inapproprié d'utiliser un espace d'air pour faire diminuer 1*échange thermique, par exemple, en prévoyant un agencement pour que la buse pénètre dans une cavité du manchon de trou de coulée qui a un diamètre supérieur à celui de la buse et qui est disposé à l'intérieur du manchon de 10 trou de coulée au-delà de la position d'injection de la buse, car pendant le fonctionnement, 1?espace entre la buse et la paroi de la cavité se remplit de masse fondue transformable en mousse. Pour mettre en pratique l'invention, il convient que l'isolation thermique nécessaire comprenne une couche, une plaque ou une feuille 15 de matière isolante de la chaleur disposée entièrement ou partiellement à l'intérieur de la partie évidée du manchon de trou de coulée entourant le canal de coulée sur la surface du manchon du trou de coulée qui entre en contact avec la buse d'injection dans sa position d'injection, la couche de matière isolante étant munie 20 d'un orifice pour le passage de la masse fondue* Bien que ladite couche puisse être une couche formée au commencement d'un essai de moulage par injection en interposant une feuille mince de matière isolante, par exemple, du P.T.F.E. ou une composition d'amiante agglomérée par de la résine entre la buse et le manchon 25 de coulée en forme de cuvette de manière que le mouvement d'avancement de la buse d'injection dans sa position de fonctionnement suivie de l'injection de la masse fondue forme l'ouverture nécessaire "in situ", l'isolation sera de préférence préformée avec un orifice et Insérée dans le manchon de trou de coulée avanijôu 30 pendant le montage de la machine* lia présente invention peut s'appliquer au montage d'une grande variété d'objets cellulaires, par exemple, des récipients tels que des boites et des caisses à partie supérieure ouverte, pour lesquels on peut aussi mouler des couvercles dans une opéra-35 tion séparée, et des récipients tels que des bols, en utilisant des matières plastiques, comprenant, par exemple des polymères et copolymères oléfiniques tels que le polyéthylène, le polypropylène et des copolymères d'éthylène/propylène, dontles densités sont faibles ou élevées; le polystyrène et les résines vinyliques, y 69 109Ô6 5 2006044 compris les polymères d'acrylonitrile/butadiène/styrène (JLBS), les nylons, les polycarbonates, et aussi des matières plastiques thermodurcissablesj qui sont plastiques dans les conditions de moulage par injection ou au stade de moulage par injection selon 5 l'invention, par exemple des résines époxy. Le terme "matière plastique" utilisé ici est supposé comprendre des résines ou des polymères utilisés tels quels ou ceux qui contiennent des additifs par exemple des stabilisants, des anti-oxydants et une matière colorante ainsi que des compositions comprenant des quantités im-10 portantes d1 autres composants, par exemple des charges. Les matières plastiques transformables en mousse peuvent comprendre en tant qu'agent df "expansion" ou de "production de mousse", par exemple, tout agent de production de mousse adéquat, ou composé organique azoïque ou nitroso, par exemple, une azo-15 dicarbamide ou un carbonate qui se décompose par chauffage pour donner de 1?azote ou, dans le cas d'un carbonate, du gaz carbonique, eu une substance organique volatile, normalement à l'état liquide telle qu'un hydrocarbure ou un hydrocarbure chloré dont le point d'ébollition normal est inférieur à 100°C, par exemple 20 le pentane technique* Un agent de production de mousse qui cède de l'azote ou du gaz carbonique par chauffage est préférable en ce qui cencerne le risque d'ineendie* Un agent dit de nûcléation, qui peut être une substance inerte finement divisée, par exemple, du silicate de calcium, peut aussi figurer, si on le désire, pour 25 contribuer à la formation du gaz nécessaire ou de bulles de vapeur. On peut mélanger l'agent de production de mousse avec une matière plastique à un quelconque stade commode et approprié, par exemple, dans la section de plastification par vis sans fin d'une machine de moulage par injection de pré-plastification à vis, convenable-30 ment modifiée dans le cas d'un agent de production de mousse tel que le pentane, ou en le mélangeant d'une manière homogène avec le polymère avant de le charger dans la machine dans le cas d'un agent de production de mousse qui se décompose par chauffage en fournissant un gaz. Habituellement, une matière plastique conte-35 nant l'agent de production de mousse nécessaire et facultativement un agent de nudéation, alimenteront, tels quels, le dispositif de moulage. Le genre d'appareillage de moulage par injection qui peut 69 10906 6 2006044 être utilisé pour mettre en oeuvre la présente invention peut être classique dans la mesure où les machines qui sont disponibles dans 11 industrie ont une grande capacité de "tirage" et sont destinées à permettre 1*injection rapide de la charge dans le moule, ces 5 machines sont agencées pour que la fermeture de la buse d'injee-tion à son extrémité de sortie s*effectue à un stade désiré 4a cycle de moulage et elles ont des dispositifs de rétraction de la buse, qui peuvent être réglés conformément à la présente invention, pour maintenir la buse dans la position d'injection au cours 10 du cycle de montage. De préférence, la buse d'injection peut se fermer en un point axis si près que possible de la sortie de la buse. Si on le désire, on peut utiliser une machine de moulage par injection ayant un réservoir dans lequel les compositions de matières plastiques transformables en mousse peuvent être intro-15 duites et maintenues sous une pression suffisante pour empêcher leur production de mousse, jusqu'à ce que suffisamment de matériau pour constituer la charge se soit accumulé dans le réservoir; la charge est ensuite transvasée rapidement du réservoir dans le moule. Les machines de moulage par injection appropriées peuvent 20 être conçues sur le principe des conditions requises mentionnées ici, ou de types existants de machines, où. ce qui est approprié peut être modifié afin de satisfaire ces exigences, selon ce qui convient le mieux. L'invention comprend aussi un appareil pour l'application 25 de la méthode de l'invention, qui comprend une machine de moulage par injection ayant une buse d'injection à soupape destinée à demeurer dans sa position d'injection par rapport au manchon de trou de coulée d'un moule pendant la totalité du cycle de moulage, le manchon de trou de coulée comprenant un élément isolant qui 30 isole thermiquement la buse du manchon de trou de coulée quand la buse est dans sa position d'injection, cet élément comporte une ouverture pour le passage de la matière plastique qui le traverse. La buse d'injection est avantageusement munie d'un dispositif de chauffage pour maintenir la buse à la température 35 nécessaire de fonctionnement. L'invention comprend aussi un montage de moule destiné à être utilisé dans un appareil défini ci-dessus, qui comprend une partie de moule comprenant un manchon de trou de coulée ayant une 69 10906 7 2006044 partie évidée entourant la sortie du canal du trou de coulée sur la face dé l'injection du manchon du trou de coulée, ladite partie évidée logeant un élément d'isolation à ouverture en matière isolante de la chaleur et un élément de retenue métallique, muni 5 d'un orifice correspondant, dont la surface extérieure est évidée pour la réception de l'extrémité de sortie d'une buse d'injection, La présente invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins qui l'accompagnent où : - la figure 1 est une' vue en coupe latérale d'un moule 10 avec son manchon de trou de coulée associé, et - la figure jg est une vue en plan du moule de la figure 1. - En se référant à la figure 1, une contre-plaque 1 supporte un manchon de trou de coulée 2 ayant un canal de coulée-axial 3 15 habituel dispesé vers la cavité du moule (non représenté)* Le m»n*hnm de trou de coalée 2, qui est fixé à la contre-plaque par «a* bague de blocage 2^ , est évidé en 4 peur recevoir un élément isolant, ayant la forme d'un disque à ouverture 5 qui est maintenu dama l'évid«ftan.t 4 par un élément de retenue sous forme d'une 20 pièce rapportée en acier 6, à ouverture correspondante fixée au maricbPB ta trvu de coulée 2 par des vis 7* La pièce rapportée 6, qui est de forme carrée pour réduire eu minimum son contact périphérique avec le manchon de trou de coulée 2, est en forme de cuvette en 8 et adaptée à un rayon, celui de l'extrémité de sortie 25 de la buse d'injection de la machine de moulage par injection» La buse qui est représentée en traits interrompus en 9» est maintenue pendant la totalité du cycle de moulage dans la position d'injection, c'est-à-dire que son extrémité de sortie est contrainte à s'engager dans la partie en cuvette 8 de la pièce rapportée 6, 30 afin d'empêcher la ffciite possible de la masse fondue transformable en mousse* L'échange thermique allant de la buse 9 au manchon du trou de coulée 2 est pratiquement supprimé au moyen du disque 5 et l'utilisation d'une pièce rapportée carrée 6 qui n'est en contact avec le manchon de trou de coulée 2 que par ses coins 6^* Cepen-35 dant, il est intéressant de considérer que d'autres agencements sont possibles* Par exemple, une pièce rapportée circulaire s'adaptant avec jeu dans l'évidement 4 pourrait être utilisée pour retenir le disque 5» ou l'agencement exposé dans l'exemple ci-après 69 10906 8 2006044 pourrait être utilisé en particulier pour des essais de faible durée ou lorsqu'un moule doit être adapté aussi économiquement que possible pour fonctionner conformément à 1*invention. Pour effectuer l'opération de moulage par injection, la 5 masse fondue de matière plastique transformable en mousse est maintenue sous une pression adéquate pour empêcher sa production de mousse indésirable jusqu'à ce que la charge ait été injectée dans le moule, le moule est pourvu d'évents dans la mesure où. la pression sur la charge contenue à l'intérieur est telle qu'elle puisse 10 s'édifier en mousse pour former un moulage cellulaire. La pression d'injection, ainsi que la zone d'amorce de coulée nécessaire, c'est-à-dire la section droite du canal de coulée 3# est telle qu'un déplacement rapide de la charge dans le moule s'effectue, mais la pression dans le moule même n'atteint pas des valeurs 15 élevées, ce qui permet l'utilisation de moules de coulée bon marché mentionnés précédemment. Les conditions optimales de fonctionnement, par exemple, la température de la buse, la courbe de température de la masse fondue à l'intérieur de l'extrudeuse et la pression d'injection peuvent être déterminées par essai pour convenir au 20 polymère particulier et à l'agent de production de mousse utilisés, et à la nature de l'objet cellulaire moulé à fabriquer. L'invention sera mise en évidence par l'exemple suivant. Exemple - On a moulé un objet cellulaire en forme de bol avec une 25 machine de moulage par injection Cravens, type HHÏ-3501X28. Cette machine opère une pré-plastification par vis sans fin de la charge de polymère et, par un mouvement d'avancement approprié de la vis lorsque suffisamment de masse fondue s'est accumulée en face d'elle, elle injecte la masse fondue dans un moule en passant par 30 une buse d'injection à soupape. La machine a été modifiée de différentes manières, c'est-à-dire en augmentant le système hydraulique qui actionne le mouvement alternatif de la vis de manière à permettre une injection rapide de la masse fondue dans le moule, en réglant le mécanisme de commande pour retenir la buse 'd'injec-35 tion en position d'injection d'un bout à l'autre du cycle de moulage et pour assurer la fermeture de la buse au moyen de la soupape de sortie de buse aussitôt que l'injection de la charge de polyéthylène transformable en mousse a eu lieu, et en plus, la 69 10906 9 2006044 buse a été manie d'un réchauffeur électrique et le manchon de trou de coulée qui formait une partie intégrante du montant de l'organe constituant le moule fixe, a été pourvu d'une dépression concave sur sa surface qui est en face de la buse d'injection. Cette 5 dépression qui logeait une matière isolante de la chaleur formée à l'intérieur comme cela est indiqué ci-dessous, était disposée dans le même axe que le canal de trou de coulée et à son point le plus profond, sa profondeur était d'environ le quart de l'épaisseur du manchon de troa de coulée* diamètre de la dépression était 10 un peu supérieur à celui de labuse* On a moulé des bols cellulaires avec du polyéthylène de pression faible dont l'indice de fusion est de 4-,5 et la densité de 0,960 et contenant 1,5 ^ en poids d'une azodicarbonanide en tant qu'agent de production d« mousse, ainsi que 2 en poids de 15 silicate de calcium finement divisé en tant qu'agent de nucléa-tion, ce dernier étant un composant facultatif* Avant d'avoir terminé le premier moulage, on a placé un disque d'une composition d'amiante d'environ 6 mm d'épaisseur entre la buse et le manchon de trou de coulée et en conséquence, le mouvement d'avancement 20 de la buse dans la position d'injection a façonné le disque dans la dépression du manchon de trou de coulée, en laissant la partie périphérique du disque sous forme d'une partie annulaire bridée portant contre la surface du manchon de trou de coulée qui entourait la dépression* L'injection de la première charge de composi-25 tion transformable en mousse a formé un trou central dans le disque prolongeant le canal de coulée dans lequel la composition transformable en mousse s'est écoulée sans difficultés* Le disque est demeuré en place sans se briser pendant l'essai de moulage par injection* Le moule utilisé était en fonte d'aluminium et il 30 a été maintenu à une température d'environ 50°C pendant l'essai. Après chaque injection de la composition transformable en mousse, on a prévu une durée de refroidissement de 80 secondes avant l'ouverture du moule et l'objet moulé, un bol, a été éjecté* Les principaux réglages de la machine utilisés pendant l'essai étaient 35 les suivants : Température des cylindres : postérieur - 180°C médian -2209G antérieur - 260°C 69 10906 10 2006044 Température de la buse d'injection î -265°c Température du moule : 50#c Durée de refroidissement : 80 secondes A titre de comparaison, on a moulé des bols comme ceux 5 qui sont décrits ci-dessus, mais sans disque d*isolation. Dans ces cas, 1*embase du bol éjecté était encore très chaude dans la région de la buse d'injection, et cela a provoqué une "post-expansion" qui a eu lieu à l'embase du bol après éjection hors du moule. Cette post-expansion a provoqué une élévation de la surface du bol 10 sous forme de boursouflure qui était à la fois peu agréable à la vue et aussi une cause de faiblesse due à une dimension cellulaire plus grande, en outre, évidemment, il existait une irrégularité de la surface plane du bol qui était différente, de sorte que cette surface oscillait, si on la disposait sur une surface plane. 15 Dans une autre opération comparative, oîi la buse d'injection s'était retirée d'une manière classique après injection de la masse fondue, la matière dans le canal de coulée moussait vers l'arrière du côté de la buse et s'unissait à la matière à l'extrémité de la buse, ce qui empêchait ainsi l'éjection de l'objet 20 moulé; ce problème s'est posé, le disque d'isolation étant présent ou absent. 69 10906 11 2006044 BBYEHDICAJIOSS 1 *- Méthode de fabrication d'un objet de matière plastique cellulaire par moulage par injection, qui comprend l'injection d'une matière plastique transformable en mousse, dans un moule, en 5 traversant un manchon de trou de coulée qui est isolé thermiquement de la buse d*iv$oction d'une machine de moulage par injection par «n élément isolant situé entre le manchon du trou de coulée et l'extrémité de sortie de la buse, ledit élément comportant une ouverture pour le passage de la matière transformable en mousse 10 qui le traverse; la fermeture de la buse d'injection à son extrémité de «ortie en maintenant la buse dans sa position d'éjection d'un bout à l'autre du cycle de moulage; la transformation en mousse de la matière plastique dans le moule; et l'évacuation hors du moule de l'objet cellulaire moulé* 15 2*- Méthode selon la revendication 1, dans laquelle, au cours du cycle de moulage, le moule demeure exempt d'un refroidissement forcé* 3*- Appareil pour la fabrication d'un objet de matière plastique par moulage par injection conformément à la méthode de la 20 revendication 1, qui comprend une machine de moulage par injection ayant une buse d'injection à soupape destinée à demeurer dans sa position d'injection par rapport au manchon de trou de coulée d'un moule pendant la totalité du cycle de moulage, le manchon de trou de coulée comprenant un élément isolant qui isole thermiquement 25 la buse du manchon de trou de coulée quand la buse est en position d'injection, et cet élément comporte une ouverture pour le passage de la matière plastique transformable en mousse qui le traverse* 4*- Appareil selon la revendication 3» dans lequel l'élément isolant est disposé à l'intérieur d'une partie évidée du 30 manchon de trou de coulée, un élément de retenue métallique muni d'une ouverture correspondante étant disposé dans le manchon de trou de coulée entre la matière isolante et la sortie de la buse, la surface extérieure et l'élément de retenue étant évidés pour recevoir l'extrémité de sortie de la buse. 35 5*- Montage de moule destiné à être utilisé dans l'appa reil selon la revendication 4» qui comprend une partie de moule comprenant un manchon de trou de coulée ayant une partie évidée entourant la sortie du canal de coulée située du côté de 69 10906 12 2006044 l'injection du manchon de coulée, ladite partie évidée logeant un élément isolant comportant uns ouverture en matière isolante de la chaleur et un élément de retenue métallique à ouverture correspondante dont la surface extérieure est évidée poux rece-5 voir 1*extrémité extérieure d'une "buse d'injection.