Brevet FR2028294A1 — publié le 19701009

i. 2028294 La présente invention se rapporte à des dispositifs d'expérimentation et, plus spécifiquement, elle se rapporte à un procédé et à un dispositif pour déterminer le temps de cuisson optimum d'articles ou de produits industriels élastomères. Le terme "cuisson" est utilisé ici pour indiquer tout procédé qui transforme une matière compoundée essentiellement plas tique en un état essentiellement élastomère. Il y a de nombreuses conditions dans lesquelles la cuisson peut être réalisée, par exem pie la cuisson dans un moule, la cuisson à la vapeur d'eau, la cuisson hydraulique, la cuisson à l'air et analogues. La matière compoundée peut être synthétique, naturelle ou une combinaison de ces matières. Dans la cuisson d'articles élastomères, il est nécessaire de déterminer la valeur du temps de cuisson qui est exigée pour ob tenir des propriétés physiques optima dans le produit fini. Dans le cas d'articles ou de produits industriels en caoutchouc, par e-xemple, il est courant de réaliser le procédé de cuisson pendant un temps prédéterminé à une température prédéterminée. Cependant, comme le caoutchouc est un mauvais conducteur de la chaleur, il y a un retard de temps important entre la température au centre d'un article épais et celle à l'extérieur. Ainsi, durant le cycle de cuisson d'articles épais en caoutchouc, tels que des pneus de véhicules, les propriétés isolantes du caoutchouc peuvent créer des températures largement divergentes entre les différentes sections du pneu. Le problème consistant à déterminer les conditions optima de cuisson pour des sections épaisses de caoutchouc est, en conséquence, relié à la mauvaise conductibilité thermique du caoutchouc Des températures de moule qui sont adéquates pour donner des temps de cuisson raisonnables pour des sections transversales épaisses de caoutchouc entraînent d'ordinaire un excès de cuisson du caoutchouc en position adjacente au moule et un manque de cuisson du caoutchouc le plus éloigné du moule. Ceci est quelque peu compensé par le fait que le caoutchouc au centre de l'article se refroidit plus lentement que celui à l'extérieur de l'article et que la cuis son se poursuit après que l'article ait été retiré du moule. Cette post-cuisson, après que la pression ait été réduite lorsque le mou le est ouvert, peut conduire à une qualité inférieure dans le produit fini. Le problème est encore compliqué dans la cuisson d'articles élastomères tels que des pneus qui peuvent contenir plus 70 01080 2. 2028294 d'un composé caoutchouteux, chacun d'entre eux cuisant à une vitesse différente. En plus des problèmes thermiques mentionnés ci-dessus, des variations importantes peuvent se produire d'une fournée à une au-5 tre dans la préparation du caoutchouc compoundé ou d'autres substances élastomères. De plus, il peut y avoir des variations de caractéristiques de transmission de chaleur entre les moules différents employés pour la cuisson d'articles de même type. On a fait des efforts pour surmonter les effets des diver-10 ses variables qui sont inhérentes à la fabrication d'articles é- lastomères. La technique antérieure décrit de nombreuses techniques d'échantillonnage par lesquelles 4es spécimens peuvent être testés pour déterminer les caractéristiques physiques à divers stades de la cuisson. A titre de variante, une histoire température-temps 15 d'un article élastomêre épais peut être portée sur un graphique, en mesurant la température de diverses sections de l'article durant un cycle de cuisson. L'état théorique de la cuisson en fonction du temps pour ces conditions variables peut être prédit en u-tilisant le coefficient de vulcanisation en fonction de la tempé-20 rature, tel que calculé à partir des données de cuisson isothermiques obtenues pour le même composé. En l'absence de tout calcul raisonnable, un spécimen de l'article peut être cuit et son état de cuisson examiné pour déterminer si on exige ou non un réglage vers le haut ou vers le bas en fonction du temps. 25 Par les réussites remarquables de la présente invention, il est maintenant possible de régler le temps de cuisson de chaque article fabriqué à une valeur optima, plutôt que de dépendre d'un temps de cuisson fixe prédéterminé. En conséquence, en laissant chaque article atteindre la cuisson optima, les propriétés physi-30 ques désirées de l'article produit sont renforcées. De nombreuses variations qui sont inhérentes au procédé de fabrication ou de vulcanisation sont ainsi compensées. En conséquence, c'est un objet de la présente invention de fournir un procédé et un dispositif pour déterminer le moment où 35 un article élastomêre atteint un état optimum de cuisson durant son traitement, que ce soit la vulcanisation ou un autre procédé. Un autre objet de la présente invention est de fournir des moyens pour diriger le module ou la rigidité d'une partie d'un article élastomêre durant tout le cycle de cuisson. 40 Un autre objet encore de la présente invention est de four 70 01080 3. 2028294 nir un dispositif rendant optimum le temps de cuisson qui explore le module de l'article lui-même, plutôt que celui d'une matière d'échantillon. Un autre objet de la présente invention est de fournir un 5 dispositif explorant le module, adaptable à des moules de cuisson. D'autres objets, aspects et avantagea de la présente invention apparaîtront d'après la description suivante, en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un moule à 10 pneu, représentant un exemple de réalisation du dispositif d'exploration de la présente invention, qui y est adapté. La figure 2 est une vue en coupe fragmentaire du moule de la figure 1, représentant des détails du dispositif d'exploration de module . 15 La figure 3 est une vue agrandie de l'extrémité de sonde du dispositif d'exploration de module, et La figure 4 est une courbe du module du caoutchouc en fonction du temps, obtenue durant la cuisson d'un article en caoutchouc utilisant le dispositif de la figure 1. On a porté en abscisses le 20 temps en minutes et en ordonnées le module en kgm. En se référant à la figure 1 du dessin, on représente, suivant une vue en coupe, un moule de cuisson pour des pneus de véhicules avec un exemple de réalisation du dispositif d'exploration de module de la présente invention. Le corps de moule est composé 25 de deux composants principaux, c'est-à-dire un élément supérieur de moule 10 et un élément inférieur de moule 11. Les surfaces d'adaptation des éléments de moule 10 et 11 définissent une cavité de forme désirée pour l'article à cuire à l'intérieur du moule. La concentricité entre les éléments de moule est maintenue par l'ac-30 tion de calage de la surface 12. La chaleur est fournie aux éléments de moule 10 et 11 durant le procédé de cuisson. Il y a de nombreuses manières de fournir cette chaleur, par exemple par conduction à partir de plateaux, chauffés à la vapeur d'eau, qui sont amenés de force par la pression hydraulique tout près du moule. En conti-35 nuant à se référer à la figure 1, le pneu est indiqué par 13- Une vessie 14 revêt la surface intérieure du pneu 13, cette vessie é-tant un élément qui donne le contour désiré au pneu 13 durant le procédé de cuisson. La vessie 14 est fixée sur le côté supérieur par l'interaction d'un dispositif de retenue annulaire 17 et de 40 l'élément inférieur 16 de guide de moule. Pour raccourcir la pério 70 01080 M- 2028294 de de cuisson et pour renforcer l'uniformité de la chaleur sur le pneu, il est courant d'introduire de la vapeur d'eau ou un autre fluide de transfert de chaleur au volume annulaire à l'intérieur de la vessie 14. 5 La modification apportée au moule de la figure 1 qui re présente un enseignement de la présente invention est la prévision d'un dispositif autonome d'exploration de modules. Plus spécifiquement, la figure 1 illustre un moyen pour adapter un dispositif d'exploration, du type à pale, pour déterminer l'état de cuisson 10 d'un pneu dans un moule de pneu. La sonde 19 est disposée à l'intérieur d'un passage en diagonale dans l'élément inférieur de moule 11. L'extrémité de la sonde 19 pénètre dans la matière élastomêre formant le pneu. L'emplacement de la sonde 19 dans le moule est fourni par l'adapteur de sonde 20 qui est maintenu au moyen 15 d'un montage à la presse ou par un agencement à vis de réglage ou à tige. L'oscillation de la sonde 19 est provoquée par l'excentrique 21 qui est entraîné par le moteur électrique 22 et coopère avec l'articulation de liaison 23. Le mouvement d'oscillation de la sonde 19 se fait dans les directions indiquées par les flèches 20 sur la figure 1. La force exigée pour fournir ce mouvement de la sonde 19 est mesurée au moyen de la cellule de charge 24. Le moteur 22 peut être fixé à l'adapteur de sonde 20 au lieu de l'être à l'élément de moule 11, comme on l'a illustré. La figure 2 est une vue agrandie du dispositif d'explora-25 tion de modules représenté sur la figure 1. Sur.cette vue, l'action de pivotement et l'emplacement de pivotement de la sonde 19 peuvent être vu3 avec plus de détails. L'adapteur de sonde 20 a une section d'épaulement indiquée par 25. Sur le diamètre intérieur de l'épaulement 25 se'trouve une rainure circonférentielle adaptée 30 pour maintenir le joint torique 26. La sonde 19 est ainsi placée d'une manière circonférentielle par le joint torique 26. La limitation axiale de la sonde 19 est fournie par la tige de pivot 27, dont les extrémités sont ancrées dans l'élément de moule 11 et dont le corps traverse un passage percé dans la sonde 19. La pointe de 35 la sonde 19 est façonnée sous forme de pale et est indiquée par la référence 28. En se référant à la figure 3 du dessin, la pointe 28 de la sonde est illustrée sur une vue agrandie. Dans l'exemple de réalisation de la présente invention illustrée sur les dessins ci-joints 40 la pointe 28 de la sonde a des dimensions telles que sa hauteur 70 01080 5. 2028294 est de 12,7 mm et que sa largeur est approximativement 9,52 mm. Bien que l'exemple de réalisation illustré de la sonde 19 comprenne une pointe 28 en forme de pale, on doit comprendre que de nombreuses autres configurations peuvent être employées pour la par-5 tie de la sonde qui pénètre dans la matière élastomêre à l'intérieur du moule. Au lieu d'une pointe en forme de pale, on pourrait utiliser une pointe sphérique, une pointe conique ou diverses autres configurations géométriques. La configuration de la pointe de sond^ dépend, à un certain point, de la valeur désirée de pénétra-10 tion dans l'article élastomêre et des caractéristiques et des propriétés de cuisson de 1'élastomêre utilisé. La pointe 28 en forme de pale de l'exemple de réalisation illustré a donné des résultats satisfaisants, comme on peut l'observer d'après les résultats expérimentaux présentés sur la figure 4 des dessins. 15 La figure 4 est une courbe du module du caoutchouc en fonc tion du temps, obtenue durant la cuisson d'un article en caoutchouc en utilisant le dispositif décrit précédemment. La température de cuisson employée pour obtenir les données de la figure 4 était de 149°C. La pointe 28 a été soumise à une oscillation sur un arc de 20 6,2° à une fréquence de 10 cycles par minute. L'énergie exigée pour faire osciller la sonde 19 a été mesurée au moyen de la cellule de charge 24. Comme le temps de cuisson augmentait, l'énergie exigée pour faire osciller la sonde 19 a augmenté à la manière présentée sur la courbe de la figure 4. Cette énergie est exprimée en kgm et 25 est appelée génériquement "module du caoutchouc". Bien sûr, d'autres unités de mesure peuvent être utilisées puisque la valeur critique est simplement le point sur la courbe qui se rapporte à la cuisson optima. La"pointe 28, en forme de pale, a pénétré dans la partie du caoutchouc qui est connue sous le nom de "matière d'écu-30 mage". En conséquence, la courbe de la figure 4 illustre bien le fait que le procédé et le dispositif de la présente invention peuvent être employés avec succès pour diriger le module d'une matière élastomêre sur une base réelle de temps pour déterminer la cuisson optima dans un moule. Au lieu de tester un simple échantillon, 35 l'article lui-même est testé ici. De nombreuses variations peuvent être employées pour réaliser les résultats et les enseignements de la présente invention. Par exemple, la sonde d'exploration de modules peut être introduite virtuellement à n'importe quel emplacement désiré le long 40 de la surface intérieure du moule de cuisson, tant qu'elle pénètre COPY 70 01080 6- 2028294 dans l'élastomère de cuisson à l'emplacement désiré» Par suite des variations de taux de cuisson que l'on peut rencontrer dans les diverses sections d'un article tel qu'un pneu, il peut être souhaitable d'employer plusieurs dispositifs d'exploration de modules 5 à l'intérieur d'un moule donné. Lorsqu'on emploie plusieurs dispositifs d'exploration, le temps de cuisson optimum peut être considéré comme un compromis dérivé de la moyenne non pas de la cuisson optima de chaque section mais d'une certaine valeur intermédiaire. Au lieu de la sonde oscillante et entraînée par excentri-10 que du dispositif d'exploration indiqué dans l'exemple de réalisation illustré, on pourrait employer des dispositifs d'exploration ayant différents modes, différentes fréquences, différentes amplitudes et différents mouvements. Un solénoîde ayant une course convenable peut être utilisé à la place du moteur 22 et de l'excen-15 trique 21, en créant ainsi, si on le désire, une vibration longitudinale de la sonde 19. En outre, au lieu du procédé de la jauge de tension ou de la cellule de charge pour mesurer l'énergie d'entraînement, on pourrait employer de nombreux procédés bien connus à titre de variante pour la mesure d'énergie. 20 La lecture de l'énergie ou du module pour obtenir les don nées de la figure 4 a été obtenue par un dispositif d'enregistrement du type à graphique à fonctionnement en continu. Lorsque le moule doit être ouvert manuellement quand on atteint la cuisson optima, l'opérateur observe simplement les tracés de l'énergie ou du 25 module sur le dispositif d'enregistrement et, làrdessus, ouvre le moule lorsque la valeur du graphique l'indique. La valeur optima de module pour une configuration donnée de sonde, une amplitude donnée de sonde et une fréquence donnée de sonde, peut être déterminée expérimentalement. Cependant, une fois qu'elle est établie, 30 cette valeur devient une constante. En se référant à nouveau à la figure 1 du dessin, la sonde 19 peut être formée par un métal ou toute matière qui crée une interface convenable avec l'élastomère en cours de cuisson et qui est chimiquement non réactive avec cet élastomêre. L'oscillation ou la 35 vibration de la sonde 19 n'est pas nécessairement réalisée par des moyens d'entraînement mécanique. Une oscillation électrique peut être employée en appliquant un courant alternatif à une bobine d'induction, par exemple. En se référant à nouveau à la figure 2 du dessin, on obser-40 vera que le joint torique 26 a une double fonction. En plus de 70 01080 7. 2028294 fournir le guidage circonférenti-el de la sonde 19, le joint torique 26 sert aussi à empêcher la fuite de matière élastomêre à partir du moule et la perte de pression dans celui-ci. Le joint torique 26 peut être fabriqué à partir de toute matière élastique dé-5 formable qui est imperméable à la réaction dès pression de cuisson, et est compatible avec l'élastomère en cours de cuisson. Le diamètre intérieur du joint torique 26 est dimensionné pour fournir un montage étanche sur le diamètre extérieur de la sonde 19. Des configurations de joint autres que le type de joint torique peuvent 10 être employées, par exemple, un type diaphragme. Dans la présente invention, on a déterminé qu'on avait besoin d'une fréquence d'oscillation relativement faible dans la sonde pour obtenir des résultats supérieurs. On a trouvé ici que, bien qu'une latitude considérable soit permise dans le choix de la 15 fréquence de la sonde, l'ordre de grandeur est généralement faible, c'est-à-dire environ 1 à environ 1.000 cycles par minute. Avec la configuration de sonde illustrée sur le dessin, lorsqu'on utilise une "matière d'écumage" pour pneu, la gamme de fréquences préférées est d'environ 1 à environ 50 cycles par minute. 20 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme dé l'art. 70 01080 8. 2028294 REVENDICATIONS 1 - Procédé de cuisson d'un article ou d'un produit industriel élastomêre à l'intérieur d'un moule où l'article subit des changements de module au fur et à mesure que la cuisson progresse, 5 caractérisé en ce qu'il consiste à encastrer une sonde dans l'article, à mesurer l'énergie exigée pour déplacer la sonde dans un mode prédéterminé et à relier la mesure d'énergie à l'état de cuisson. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 la sonde est soumise à une oscillation transversalement, à une fréquence d'environ 1 à environ 1.000 cycles par minute. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde est soumise à une oscillation longitudinalement, à une fréquence d'environ 1 à environ 1.000 cycles par minute. 15 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'article élastomêre est un pneu en caoutchouc. 5 - Dispositif pour déterminer l'état de cuisson d'un article élastomêre, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de cuisson, une matière élastomêre à l'intérieur de ces moyens de 20 cuisson, une sonde encastrée dans la matière élastomêre, des moyens d'entraînement adaptés pour déplacer la sonde dans un mode déterminé, des moyens pour mesurer l'énergie exigée pour déplacer la sonde et des moyens pour relier l'énergie à l'état de cuisson. 6 - Dispositif pour déterminer l'état de cuisson d'un ar-25 ticle élastomêre, caractérisé en ce qu'il comprend un moule de cuisson, une matière élastomêre à l'intérieur du moule, une sonde insérée dans le moule et adaptée pour pénétrer dans la matière é-lastomère, des moyens d'entraînement adaptés pour faire osciller la sonde dans un mode prédéterminé, à une fréquence déterminée, et 30 des moyens pour mesurer l'énergie exigée pour faire osciller la sonde. 7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie de la sonde pénétrant dans la matière élastomêre est sensiblement plate ou sensiblement sphérique ou sensiblement coni- 35 que. 8 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement est électrique ou mécanique ou électromécanique.