Brevet FR2004276A1 — publié le 19691121

La présente invention concerne le moulage par injection, et plus spécialement, un dispositif et un procédé de moulage par injection pour mouler des objets en matière mousse. Le moulage par injection de matières mousses est effectué 5 d'une façon générale en faisant fondre le mélange de la matière moussable et d'un agent de soufflage à une température suffisante pour provoquer le moussage, mais à une pression supérieure à la pression de moussage du mélange, de façon à empêcher le mélange de mousser. D'une façon idéale, on maintient le mélange sous 10 pression jusqu'à ce qu'il soit admis dans tin ensemble de moule dans lequel, après le relâchement de la pression, le mélange se dilate et remplit la cavité du moule. Une difficulté qui s'est présentée dans le procédé ci-dessus est due au fait que le mélange se dilate instantanément lors 15 du relâchement,de la pression. D'une façon générale, la dilatation s'est déjà produite dans une mesure très importante avant que le mélange soit à l'intérieur de la cavité du moule, comme par exemple dans le conduit reliant l'ensemble du moule au dispositif de fusion du mélange. 20 On a essayé d'introduire des agents de soufflage gazeux dans la matière de moulage par injection pendant qu'elle est à l'état plastifié. Cependant, l'introduction du gaz est habituellement accompagnée par un certain degré de soufflage dans l'appareil à plastifier, qu'on désignera ci-après par "plastificateur", 25 ce soufflage étant indésirable à ce stade. Le moussage de la matière avant qu'elle se trouve dans la cavité du moule assure habituellement l'obtention d'une structure cellulaire de mauvaise qualité dans l'objet moulé. En outre, l'appareillage nécessaire dang&ne machine à mouler par injection pour 50 maintenir une pression élevée afin d'essayer de combattre, ou au moins de réduire, le moussage prématuré; est coûteux et.souvent difficile à entretenir. Une autre difficulté qui s'est présentée dans les procédés habituels de moulage par injection de matières mousses est l'ir-35 réversibilité du processus de moussage. Ainsi, dès que la matière peut commencer à mousser, il est difficile de renverser le processus pour obtenir un objet moulé dont une partie au moins est constituée par une matière massive qui n'est sensiblement pas à l'état de mousse. 6907539 2 2004276 La présente invention, a notamment pour but de fournir : - un procédé de moulage par injection d'objets en matière mousse, dans lequel le mélange moussable est maintenu à l'état sensiblement exempt de mousse jusqu'à ce qu'il entre dans la 5 cavité du moule; - un tel procédé dans lequel le moussage de la matière moussable est réglé principalement par la température plutôt que par la pression; - un tel procédé dans lequel le processus de moussage est 10 facilement réversible, de façon à pouvoir mouler un objet dont une partie est en mousse et une autre partie est massive; „ - un appareil perfectionné pour mouler par injection des objets en matière mousse; - un tel appareil présentant un moyen pour maintenir le 15 mélange de la matière et de l'agent de soufflage à l'état sensiblement exempt de mousse jusqu'à ce que le mélange entre dans la cavité d'un moule; - un tel appareil dans lequel l'admission de l'agent de soufflage dans la chambre du plastificateur est fonction du degré 20 de plastification obtenu dans la chambre ..et de la quantité de matière à plastifier; - un tel appareil présentant un moyen,pour régler la température du mélange, de manière à régler le moussage du mélange. En tenant compte des buts ci-dessus, ainsi que d'autres, 25 comme on le verra ci-après, suivant l'un de ses aspects, la présente invention envisage m procédé de moulag,e d'objets de matière mousse, consistant à faire fondre une matière moussable dans un plastificateur,.et à mélanger la matière avec un liquide qui, lorsqu'il est transformé sous forme gazeuse, sert d'agent de 30 soufflage ,, la fusion, et le mélange se produisant dans un plastificateur à une température et une pression telles que la température du mélange soit inférieure à la température critique à laquelle l.e liquide se transforme en Tin gaz et provoque ainsi le moussage du .mélange, et à refouler le mélange.fondu ainsi obtenu 35 dans un passage d'évacuation, présentant un moyen pour chauffer le mélange à mesure .qu'il est refoulé dans le passage. Là chaleur transmise au mélange est suffisante pour porter lè liquide à sa température critique, c'est-à-dire à la température à laquelle le liquide se transforme en un agent de soufflage gazeux. La tempé- 6907539 3 2004276 rature à laquelle le mélange est porté peut dépasser la température critique de l'agent de soufflage liquide. La communication entre le passage et l'ensemble du moule est établie et le mélange fondu est introduit dans la cavité du moulue où la dilatation du 5 mélange se produit. Selon une autre caractéristique de l'invention, on fournit un appareil pour mouler des objets de matière mousse comprenant un moyen de plastification ou plastificateur pour faire fondre aine matière moussable et pour mélanger la matière moussable avec 10 Tin agent liquide qui, lorsqu'il est transformé en gaz, est capable de provoquer la dilatation de la matière, ion moyen pour introduire l'agent liquide dans l'enveloppe du plastificateur, un moyen de réglage de la température associé au plastificateur pour maintenir le mélange à une température inférieure à la températu-15 re critique de-l'agent liquide à laquelle le liquide se transforme en gaz, ledit plastificateur présentant un passage d'évacuation comportant un moyen pour chauffer le mélange à mesure qu'il est refoulé dans ledit passage. La. chaleur transmise à la matière sré-coulant à travers le passage est suffisante pour porter la tempé-20 rature du mélange à un degré au moins égal à la température critique de l'agent liquide, de façon à provoquer la transformation du liquide en agent de soufflage gazeux pour amorcer la dilatation du mélange. Des moules sont prévus avec des moyens pour établir et interrompre une communication entre le passage et les 25 moules. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé et donnant à titre illustratif, mais non limitatif une forme de réalisation de l'invention. 30 La figure unique du dessin annexé représente une forme de réalisation de l'appareil de la présente invention en élévation longitudinale, en partie en coupe et en partie schématique, la coupe étant faite suivant l'axe de l'enveloppe du plastificateur. L'appareil de la présente invention comprend une enveloppe 35 2 d'un plastificateur présentant un alésage 4 dans lequel est disposée une vis 6 capable de tourner et d'être animée d'un mouvement de va-et-vient pour plastifier une matière de moulage par injection. L'enveloppe du plastificateur comporte une entrée d'alimentation 8 en forme de trémie pour admettre la matière 6907539 4 2004276 plastique dans l'alésage 4 et un ajutage de sortie 10 comprenant une vanne de refoulement 11 à travers laquelle la matière plastifiée est refoulée. L'ajutage 10 peut être mis en prise avec un ensemble d'un moule, désigné d'une façon générale par 12, présen-5 tant une cavité 14. A l'extrémité de droite de l'enveloppe du plastificateur, en observant le dessin, est fixé un cylindre 16 dans lequel se trouve un piston 18 relié à un prolongement 20 de la vis 6. Le prolongement 20 de la vis est relié à ton motéur 22 qui sert à 10 faire tourner la vis 6. Le cylindre 16 présente une conduite hydraulique 24 qui distribue un fluidé pour agir sur le piston 18 et pour provoquer ainsi un mouvement longitudinal de la vis 6 dans l'alésage 4. Au prolongement 20 de la vis est fixé m bras 26 qui actionne Tin moyen destiné à commander la distribution d'un 15 agent liquide dans l'alésage 4 du plastificateur en réponse au mouvement longitudinal de la vis 6 dans l'alésage, le moyen distributeur de liquide étant désigné, d'une façon générale, par 28. Le moyen 28 de distribution de l'agent liquide comprend un distributeur à trois positions 30 qui est actionné par un bras 20 pivotant J>2 commandé par le mouvement du bras 26. A mesure que la vis 6 se déplace vers l'arrière dans l'enveloppé 2 du plastificateur, ou vers la droite en observant le dessin, le bras 26 provoque le déplacement du bras 32 dans le sens sinistrorsum, ce qui permet au distributeur 30 de s'écarter de la position neutre re-25 présentée sur le dessin et de venir dams une position dans laquelle il relie des conduites hydrauliques 34 et 36, la conduite 34 étant reliée à une conduite hydraulique 38, et la conduite 36 étant reliée à l'extrémité culasse d'un cylindre 40 de comMande" de la distribution de l'agent liquide. Lorsque la vis 6 du plas-30 tificateuî? se déplace vers l'avant, ou vers la gauche èn observant le dessin, le bras 26 contraint le bras 32 à se déplacer dans le sens dextrorsum, èn provoquant le déplàceœ nt du distributeur 30, de manière à relier la conduite hydraulique 34 à une conduite hydraulique 42 qui est reliée à l'extrémité tige du cy-35 lindre de commande 40. Dans le cylindre 40 se trouve un piston 43 auquel est reliée une tige 44. La tige 44 porte un bloc de retenue 46 dans lequel est disposé le distributeur 30» Le mouvement du bloc de retenue en combinaison avec un moyen de poussée élastique fait en 6907539 5 2004276 sorte que le distributeur 30 ait tendance à rechercher sa position neutre. Ainsi,excepté lorsqu'il est actionné comme décrit ci-après, le distributeur 30 cherche à revenir dans sa position neutre. La tige 40 est également reliée à-une tige 48 qui est 5 fixée à un piston 50 disposé dans un récipient 52 contenant l'agent liquide. Ainsi, lorsque par un mouvement de la vis 6, le distributeur 30 est contraint de diriger le fluide vers l'extrémité culasse du cylindre 40, la tige 48, et par conséquent le piston 50, sont contraints de se déplacer vers la gauche, en ob-10 servant le dessin, pour refouler l'agent liquide à travers ion tube 54 vers une entrée 56 réservée à l'agent liquide reliée à l'enveloppe 2 du plastificateur et communiquant avec l'alésage 4. Un pivot 55 pour le bras 32 est fixé à une console 53 qui est placée à volonté sur le bâti de la machine, de façon que le 15 rapport du mouvement de la partie supérieure du bras au mouvement de sa partie inférieure puisse être préalablement déterminé comme voulu. Ainsi, la sensibilité ou la réaction du dispositif 28 de distribution de l'agent liquide au mouvement de la vis 6 située dans l'alésage 4 est réglable à volonté. 20 Le bras 26, à l'extrémité'de sa course d'avance, actionne un interrupteur 58 qui actionne un distributeur 60 pour relier le cylindre 16 à une conduite hydraulique 63 de pression réduite, en relâchant ainsi la pression'régnant derrière le piston 18, mais en maintenant une pression choisie sur le piston de manière 25 à maintenir une pression choisie-dans l'alésage 4. À la fin de son mouvement de recul, le bras 26 provoque 1'actionnement d'un " interrupteur 62 qui arrête le moteur 22. - Un réservoir 64 contenant -""l'agent liquide est relié au récipient 52 par une conduite 66 dans laquelle se trouve une 30 vanne unidirectionnelle 68. L'ensemble 12 du moule peut être ouvert et fermé par n'importe quel mécanismè connu comme un cylindre hydraulique 65 qui peut-être actionné-de façon à déplacer l'un des éléments 67 ■ du moule pour accroître la-cavité i4 du moule après l'injection 35 dû mélange dans cette'dernière. L'ensemble du moule peut également comporter un moyen de refroidissement comme"des conduites 69 pour l'acheminement d'un fluidé de refroidissement à travers l'ensemble dans le but dé refroidir les parois de la cavité 14 du moûle pour produire un objet moulé ayant une surface externe 6907539 6 2004276 ou "peau" de grande densité, et une masse interne de faible densité, comme on le décrira plus en détail ci-après. On va décrire maintenant le fonctionnement de l'appareil en se référant au dessin qui montre la vis 6 du plastificateur dans 5 sa position avancée dans laquelle elle sè trouve à la fin d'une course d'injection. Jusqu'à ce que la vis atteigne cette position, le moteur 22 est arrêté, et la vis 6 ne tourne pas. Le distributeur 30 se trouve dans la position neutre et l'agent liquide contenu dans le récipient 52 ne pénètre pas dans l'alésage 4 du plas-10 tificateur. Le cylindre .16 est mis sous pression par le fluide provenant de la conduite 24 et s'écoulant à travers le distributeur 60. La matière non plastifiée est disposée dans la trémie d'alimentation 8. Après avoir atteint sa position la plus avancée ou la plus 15 à gauche en observant le dessin, un bloc 70 monté sur une barre 72.qui est reliée au bras 26, vient au contact de l'interrupteur 58 qui met en marche le moteur 22 et change la position du distributeur 60. Le changement de position du distributeur 60 réduit la.pression régnant dans le cylindre 16.pour diminuer la pression 20 exercée contre la surface arrière du piston 18. La mise en marche du moteur provoque la rotation de la vis 6. Au fur et à mesure que la vis tourne, la matière non plastifiée contenue dans la trémie 8 est aspirée dans l'alésage 4 et est poussée vers l'avant, tout;en étant plastifiée par la vis. A mesure que la matière plas-25 tifiée est poussée devant la vis,,cette matière commence à s'accumuler dans une.zone avant 74 de l'alésage, en repoussant la vis ,vers 1'arrière., . . Le mouvement rétrograde de. la vis 6 provoque un mouvement analogue du bras.26 et de la barre 72. A mesure que le bloc J0 se 30 déplace vers l'arrière avec le bras 26, le bras 32 est contraint de tourner dans le sens sinistrorsum,. en permettant au distributeur 30 de changer de position, de. façon que les conduites hydrauliques 34 et 36 soient reliées entre elles e.t que la pression soit appliquée à l'extrémité culasse du cylindre 40 contenant le 35 piston 43. Le mouvement résultant du piston 43 déplace les tiges 44 et 48 vers l'avant. Le mouvement d'avance, de la tige 48 provoque un mouvement analogue du piston 50 qui refoule l'agent liquide depuis le récipient 52 à travers le. tube 54 et dans l'alé 6907539 7 2004276 sage 4 par l'intermédiaire de l'ajutage 56 d'admission de l'agent liquide. Ainsi, à mesure que la vis est déplacée vers l'arrière et que la matière nouvellement plastifiée s'accumule dans l'alésage 4, l'agent liquide est introduit dans l'alésage pour être 5 mélangé avec la matière plastifiée. L'injection de l'agent de soufflage dans l'alésage 4 est d'autant plus rapide que le mouvement vers l'arrière de la vis 6 est plus rapide; en outre, le volume de l'agent de soufflage liquide introduit dans l'alésage ou la chambre de plastification est d'autant plus grand que le 10 volume de la matière de moulage par injection à plastifier est plus important, â cause de la plus grande longueur de la course de la vis, et par conséquent, des bras 26 et 32. Ainsi, la vitesse d'admission de l'agent de soufflagé et lé volume d.'admission de l'agent de soufflage sont fonction de la vitesse et du 15 volume de plastification dans l'alésage, et ceci peut être déterminé à volonté en réglant le point de pivotement 55 le long du bras 32. A mesure que la vis 6 s'approche de l'extrémité de sa course vers l'arrière, une pattè j6 portée par la barre 72 vient au 20 contact de l'interrupteur 62 et l'actionne, ce qui arrête le fonctionnement du moteur 22, en interrompant ainsi la rotation de la vis. Le distributeur "30 revient à sa position neutre, de manière à interrompre l'injection de l'agent liquide dans l'alésage du plastificateur. Maintenant, l'appareil est prêt pour effectuer 25 une course d'injection. If1 ensemble 12 du moule est mis en contact avec l'ajutage de sortie 10 par un moyen connu en pratique, qui actionne la vanne 11 de façon à mettre la cavité 14 du moule en communication avec l'alésage 4 du plastificateur. Un bouton manuel j8 de mise en 30 marche peut être utilisé pour changer la position du distributeur 60, afin de mettre le cylindre 16 sous pression. Selon une variante, le distributeur 60 peut être commandé par un moyen automatique, comme par exemple par 1'interrupteur 62, de manière qu'une manoeuvre manuelle ne soit pas nécessaire. Dans l'un ou 35 l'autre cas, après le changement de la position du distributeur 60, le piston 18 est entraîné vers lravant dans le cylindre 16, de façon à faire avancer la vis 6 dans l'alésage 4 pour refouler la matière plastique fondue à travers l'ajutage 10 dans l'ensemble 12 du moule. Au fur et à mesure que la vis est avancée, le 6907539 8 2004276 bras 32 est contraint de tourner dans le sens dextrorsum en ramenant le distributeur 30 Jusqu'à sa première position dans laquelle il relie les conduits hydrauliques 34 et 42 pour mettre l'extrémité tige du cylindre 40 sous pression. Les tiges 44 et 48 5 sont déplacées par conséquent vers l'arrière , de manière à faire reculer le piston 50 dans le récipient 52 pour aspirer l'agent liquide depuis le réservoir 64 par 1'intérmédiaire de la conduite 66 et de la vanne unidirectionnelle 68. Le mouvement de la tige 44"et du bloc de retenue 46 permet au distributeur 30 de 10 revenir vers sa position neutre^ La vis se déplace vers l'avant jusqu'à ce que le bloc 70 vienne au contact de l'interrupteur 58 pour mettre le moteur 22 en marche et changer de nouveau la position du distributeur 60' pour commencer un autre cycle de fonctionnement. 15 Afin de garantir que le mélange de la matière plastifiée et de l'agent liquide contenu dançl'alésage n'atteigne pas une température critique avant son extrusion à travers l'ajutage 10, on utilise un système de réglage de la température, désigné d'une façon générale par 80, qui comprend des passages 82 réservés à 20 un fluide et ménagés dans l'enveloppe 2 du plastificateur. Après le refoulement du mélange de la matière de moulage par injection et de l'agent de soufflage liquide à travers l'ajutage 10, de façon à élever la température du mélange et à transformer l'agent liquide en un gaz, et après le refoulement du mé-25 lange dans la cavité 14 du moule, il peut être souhaitable d'inverser le processus de soufflage, de manière qu'une partie de l'objet moulé soit moulée en une matière plastique massive, à la distinction d'une matière plastique mousse. Par exemple, s'il est souhaitable que l'objet moulé présente une peau externe en ma-30 tière plastique massive et une masse interne en mousse moins dense, le refroidissement des parois de la cavité du moule, par exemple par la circulation d'un fluide de refroidissement dans des passages 69, peut être utilisé pour réduir e la température régnant à la surface de contact au-dessous de la température cri-35 tique, de façon à retransformer l'agent de soufflage gazeux situé à la surface de contact en liquide qui est dispersé dans la matière de moulage et qui n'affecte pas nuisiblement le moulage d'une peau externe massive. Cependant, la température régnant à l'intérieur de la pièce moulée reste au-dessus de la température 6907539 9 2004276 critique de l'agent de soufflage, de sorte que la masse interne de l'objet moulé reste à l'état de mousse, tandis que la partie externe est transformée à l'état massif ou solide. L'agent liquide utilisé peut être par exemple du "Fréon" 5 liquide, du COg, ou du pentane. Le choix de l'agent liquide dépend dans une large mesure de la matière en cours de moulage et des conditions opératoires. La matière de moulage peut être du chlorure de polyvinyle ou toute autre matière plastique convenant pour un moulage de 10 mousse par injection. Aux fins de la présente description, l'expression "matière plastique" est utilisée dans un sens large englobant les matières plastiques proprement dites, les caoutchoucs naturels et synthétiques, et d'autres matières de moulage appropriées de même nature que les matières plastiques mais qui, 15 en pratique, ne peuvent pas être considérées du point de vue technique comme étant des matières plastiques. ! 6907539 10 2004276 REVENDICATIONS 1 - Procédé de moulage par injection d'objets en matière mousse à partir d'ion mélange d'une matière plastique fondue moussable et d'un agent de soufflage liquide, préparé dans une cham- 5 bre d'un appareil à plastifier, d'une machine de moulage par injection à une température inférieure à la température de soufflage de l'agent de soufflage, ledit mélange étant injecté dans un moule en le faisant passer par un passage contenant un moyen pour élever la température du mélange et provoquer le soufflage 10 de l'agent, procédé caractérisé en ce que l'agent de soufflage est admis dans la chambre 4 de l'appareil à plastifier à un débit proportionnel à la vitesse de plastification de la matière plastique dans la chambre 4. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que la quantité de l'ageitde soufflage admise dans la chambre 4 de l'appareil à plastifier est proportionnée à la quantité de matière plastique plastifiée contenue dans cette dernière. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le débit d'admission de l'agent de soufflage dans la 20 chambre 4 de l'appareil à plastifier peut varier par rapport à la vitesse de plastification de la matière plastique qui y est contenue. 4 - Appareil- utilisé dans le procédé selon les revendications 1 à 3* caractérisé par le fait qu'une vis 6 est reliée au 25 moyen distributeur d'agent de soufflage par des barres 26, 72, 32 de levier de façon que l'agent de soufflage soit admis dans l'a-' lésage 4 du plastificateur à un débit proportionné au mouvement de la vis. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le 30 fait que le moyen distributeur d'agent de soufflage est me pompe à piston 50, 52 qui est actionnée par un ensemble à piston et cylindre 40, 43 et par le fait que cet ensemble est relié à un distributeur à trois positions 30 qui est en liaison avec la vis 6 par l'intermédiaire des barres 26, 72, 32 du levier. 35 6 - Appareil selon' les revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le point de pivotement 55 de la barre 32 des barres 26, J2, 32 de levier est réglable.