Brevet FR2047967A1 — publié le 19710319

L'invention est relative à un procédé pour la fabrication d'objets en mousse de matière plastique dans des moules à injection ainsi qu'à une installation pour l'application de ce procédé, Au cours de la fabrication d'objets en mousse de matière plastique, le moment où se forme la mousse ou le choix de la phase des opérations pendant laquelle la formation de mousse doit être provoquée est considéré comme critique. Si lBon provoque trop tEt la formation de mousse, on empêche de doser exactement la quantité de matière plastique voulue pour le remplissage du moule, et une dissociation prématurée et par suite une formation insuffisante de mousse ainsi qu'un remplissage insuffisant du moule en seront la conséquence.Si toutefois on amorce trop tard la formation de mousse, on courra le risque de voir la matière plastique mousser insuffisammentsltagent gonflant ajouté sera utilisé insuffisamment, et en particulier la matière ne remplira quglnsuî- fisamment le moule. On sait d'après la demande allemande n0 1 233 578 que l'on ne peut chauffer pour sa plastification une matière. plastique pourvue d'agent gonflant qu'à une température qui se situe enadessous de la température de réaction de l'agent gonflant, et qu'on ne peut commencer à chauffer au-dessus de la température de réaction de l'agent gonflant que dans le cylindre de transfert monté à la suite. La plastification peut se faire alors sous une faible pression, et seul le cylindre de transfert est soumis à la pression que développe sans augmentation de vclume l'agent gonflant par sa décomposition Donc théoriquement, on peut empocher une formation prématurée de mousse par contrainte de pression En pratique toutefois, il est apparu difficiles en raison de la faible conductivité thermique-de la matière plastique, de chauffer, dans le temps dont on dispose généralement, le contenu du cylindre de transfert de la différence de température voulue, d'autant plus que, pour éviter des surchauffes locales qui détérioreraient la matière plastique, on doit opérer avec un faible gradient de température, Dans le brevet US nO 3 268 636 il est proposé de chauffer la matière thermoplastique additionnée deagent gonflant dans une extrudeuse au-dessus de la température de réaction de l'agent gonflant, et de soumettre 12extrudeuse à une pression telle que la formation de mousse par la décomposition de imagent gonflant soit évitée en toute sécurité. Il est apparu qu'il était nécessaire ici de prévoir une dépense importante pour emp8cher une dissociation prématurée du gaz et de la matière plastiq#ue, et pour arrêter tout échappement à travers l'extrudeuse du gaz produit par la réaction de l'agent gonflant.En général, il est-néèessaire de ne faire monter la température qu'avec une lenteur relative le- long du parcours de la matière plastique dans l'extrudeuse, de sorte qU'il s'opère d'abord une plastification de# la matière plastique, erl dessous de la température de réaction de l'agent gonflant, dans une zone d'une longueur suffisante pour.qu'il soit possible d'arrêter avec sécurité les traversées du gaz. tes extrudeuses construites de cette façon se seront pas seulement rendues plus conteuses par leur grande longueur et les frais de construction et d'encombrement qui en résultent. Avec la longueur de la vis, la puissance qui doit autre installée augmente aussi et du fait de la division de la vis en zones de chauffage soumises à de conditions différentes, la conduite est rendue plus difficile et la possibilité de produire des rebuts par de fausses manoeuvres est augmentée. L'invention a pour objet un procédé pour la fabrication de pièces en mousse de plastique ainsi qu'une installation pour l'application de ce procédé, tels qu'on supprime d'une part le réglage critique du gradient de température le long de l'axe de l'extrudeuse, sans qu'il y ait danger d'échappement du gaz, cependant que d'autre part le problème de la fourniture ultérieure de chaleur pour obtenir le dépassement de la température de réaction de l'agent gonflant peut être résolu avec une faible dépense but en assurant un fonctionnement sûr. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour la fabrication d'objets en mousse de plastique dans des moules à injection, dans lequel la matière plastique mélangée avec des agents gonflants est plastifiée en dessous de la température de réaction de l'agent gonflant utilisé, et est envoyée, essentiel lement d'une façon continue, dans un cylindre de transfert dtoù elle est injectée dans le moule après élévation de sa tèmperature au dessus de la température de réaction, procédé caractérisé en ce qu'on réalise l'apport de chaleur, qui provoque ltelévation de température au-dessus de la température de réaction, dans le canal de raccordement qui assure le passage entre le dispositif de plastification et le cylindre de transfert. Il y a avantage à faire agir la chaleur qui doit autre fournie par chauffage à l'extérieur du canal de raccordement 4 Pour l'exécution du procédé il est apparu avantageux d'équiper le canal de raccordement, prévu pour le transfert de la matière plastifiée de l'appareil de plastification dans le cylindre de transfert, d'un élément chauffant qui élevera la température du thermoplaste en cours de passage au-dessus de la température de réaction de l'agent gonflant ajouté. De préférence, le canal de raccordement est équipé d'une résistance chauffante électrique montée à l'extérieur et/ou à l'intérieur. Il y aura avantage à donner au canal de raccordement une forme très sinueuse et/ou-à le pourvoir d'une pluralité d'étranglements, qui augmenteront la surface de la couche limite transmettant la chaleur, de m8me que cette forme assurera dans une large mesure l'homogénéité de la matière plastique en cours de passage par la formation de turbulences. Un chauffage particulièrement intense et uniforme pourra être obtenu avec une grande simplicité de fabrication, en équipant le canal de raccordement d'une buse présentant une pluralité de trous étroits et chauffée. On a constaté qu'il était avantageux de faire reposer la buse par une grande surface sur le siège de buse chauffé. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs, sur les dessins ci joints dans lesquels : - la figure 1 représente une machine à injection pour la transformation de matière plastique moussante avec un canal de raccordement chauffé, - la figure 2 montre une variante de l'exécution du canal de raccordement où la voie dtéooulement est divisée par un élément intérieur supplémentaire chauffé, - - les figures 3 et 4 montrent d'autres modèles d'exécution de canaux de raccordement avec des surfaces de contact de la voie d'écoulement agrandies, - la figure 5 montre en coupe longitudinale une section d'un canal de raccordement où il est #isposée une buse, - - la figure 6 est une vue de la buse de la figure 5. Dans la figure 1 est représenté un appareil à vis 1 dont le cylindre 3, qui peut ètre chauffé par des manchons chauffants 2, est équipé dtune trémie 4, destinée à recevoir la matière thermoplastique mélangée avec l'agent gonflant. la vis 6 peut tourner dans le cylindre 3 grâce au moteur 5, de sorte que la matière plastique versée dans la trémie peut être poussée dans la direction de l'axe de la vis, et y être fondue et plastifiée en raison de la température du cylindre 3. La matière plastique plastifiée pénètre dans le canal de raccordement 7 qui de son côté est fortement chauffé par un manchon chauffant 8, au point que la matière plastique qui le traverse est échauffée au-dessus de la température de réaction de l'agent gonflant ajouté. La matière plastique chauffée, plastifiée, pénètre par une soupape de retenue dans le cylindre de transfert 10, qui est maintenu à température constante par un manchon chauffant 11, et qui est protégé en outre contre les pertes de chaleur par une enveloppe isolante extérieure. le piston 12 du cylindre de transfert 10 peut autre actionné par un cylindre hydraulique d'entrat- nement 13. La face frontale du cylindre de transfert 10 présente un canal de sortie 14, qui est commandé par une fermeture 15 au moyen du dispositif d'ajustement hydraulique 16. Dans la position de la fermeture 15 représentée dans la figure 1, la canal de sortie est fermé, et la liaison est établie, au moyen d'un canal 17, entre la buse d'injection 18 et la canalisation d'arrivée d'un-appareil de production d'air comprimé qui n'est pas représenté, et dont le courant d'air comprimé sert à nettoyer l'orifice de la buse d'injection 18. Pour le remplissáte du moule, la pointe de la buse d'injection 18 est serrée dans la buse 19 du moule 20, pourvue d'un évidement. En général, le cylindre 3 de la vis est chauffé de telle façon que sa température augmente de la trémie de réception 4 vers l'extrémité libre. les matières thermoplastiques introduites sont entraînées par la vis 6 et échauffées, plastifiées, mélangées et homogénéisées. Le réglage de l'alimentation du manchon chauffant 2 est choisi tel qu'à la sortie du cylindre 3 il est obtenueune plastification complète de la matière introduite, mais toutefois la température de réaction de l'agent gonflant ajouté n'est pas encore atteinte. Avec des agents gonflants dont la température de réaction est fortement étalée, la température de sortie est réglée de façon que meme des réactions partielles soient évitées en toute sécurité. Au cours de la traversée du canal chauffant 7s il se produit une continuation de l'échauffement de la matière. Il est déjà connu en principe que l'on peut établir toutes les pièces qui transportent la matière plastique des machines à; injection de façon qu'on puisse les chauffer, pour permettre de fondre, lors de la mise en route de la machine, les restes de matière plastique durcis restés dans la machine froide et établir une. température de départ favorable, Pendant le fonctionnement, ces enroulements chauffants servent essentiellement à maintenir la température voulue ctest-à-dire à couvrir les pertes de chaleur qui se produiront. Il n'y a pas lieu ici de prendre des précautions spéciales pour continuer le mélange de la matière plastique ni pour maintenir l'homogénéité de la matière plastique sortant du cylindre.On assure toutefois, suivant l'invention9 par le manchon chauffant 8, un chauffage sensiblement plus énergique du canal de raccordement 7 : les matières plastiques qui y sont introduites en dessous de la te#mpérature de réaction de l'agent gonflant y sont chauffées relativement fortement et le quittent avec la température optimum pour l'injection qui est certainement supérieure à la température de réaction de l'agent gonflante La température de la paroi et par suite le gradient de température efficace au cours du chauffage sont maintenus à un niveau tel qu'il est évité en toute sécurité une détérioration de la matière plastique ainsi que des pigments colorants qui y ont été ajoutés, meme si le flux de matière doit être interrompu pour un laps de tempo notable, les matières plastiques chauffées au-dessus de la température de décomposition de l'agent gonflant traversent la soupape de retenue 9 et pénètrent dans le cylindre de transfert 10. En raison de la pression croissante de là vis 6, et d'une contre~ pression dans le cylindre hydraulique 139 par exemple par un tronçon d'étranglement dans les canalisations d'arrivée, il est provoqué à partir de la sortie de la vis, sur le canal de raccord dement et à l'intérieur du cylindre de transfert 10, une pression qui empêche en toute sécurité la transformation en mousse de la matière plastique. C'est seulement au cours de l'entrée dans le moule 20 qu'il se produit un reltchement de la pression, de sorte que la formation de mousse se produit essentiellement seulement dans le moule# et il ne se produit en conséquence aucune difficulté au cours du dosage à l'intérieur du cylindre de transfert. Du fait du chauffage au-dessus de la température de réaction dans une zone située à la suite du cylindre 3, on évite à coup str que le thermoplaste contenant l'agent gonflant qui a déjà réagi arrive dans une zone de pression plus faible dans laquelle il puisse former la mousse et dégager le gaz dans le sens opposé au transport de la matière plastique. Dans le cas présent, un tel dégagement involontaire de gaz, qui pourrait entraîner au cours de l'injection un remplissage défectueux du moule, est évité, en toute sécurité, sans que l'on ait à utiliser un cylindre, une vis, et un entrainement de dimensions excessives, du fait que le chauffage au-dessus de la température de réaction de 1 agent gonflant est assuré dans une zone du système traverséepar la matière plastique à la suite du cylindre de la vis. Pour l'établissement du canal de raccordement 7, il y a lieu d'attacher une particulière importance à ce que la matière qui y passe soit chauffée complètement et uniformément, et à ce qut toute surchauffe locale soit évitée0 le canal de raccordement 7 doit en conséquence etre pourvu en général d'une surface limite entre la matière plastique et la paroi plus imper tante qu'à l'habitude0 Des irrégularités dans la paroi sont à recommander pour qu'il soit obtenu pendant le passage une conti- nuation du mélange pour en assurer l'homogénéité0 Laccroissement de la surface limite peut etre obtenu en agrandissant la longueur du canal de raccordement par rapport aux modèles d ? exécution connus ;; on fera ici une économie sur la longueur de construction si le canal de raccordement est pourvu de zones de renvoi qui favoriseront le mélange, Dans l'exemple d'exécution de la figure 2, est représenté schématiquement un canal de raccordement 21 qui n'est pas chauffé seulement par l'extérieur au moyen du manchon chauffant 22: la voie d'écoulement 23 de la matière plastique est formée par un corps intérieur 24 tubulaire O ce corps intérieur est chauffé supw plémentairement par une cartouche chauffante 25, de sorte que la voie d'écoulement est alimentée en chaleur aussi bien le long d'une surface limite intérieure que d'une surface limite extérieure. Dans l'exemple d'exécution de la figure 3 est représenté un canal de raccordement 26 dans lequel la surface limite entre la paroi du canal et la voie de passage incluse destinée à la matière plastique est agrandie par des élargissements locaux, On obtient en même temps de cette façon, le long de la voie du passage, des modifications de la vitesse d'écoulement qui contribuent au mélange et à l'homogénéité de la matière en cours de passage. Dans la figure 49 est représenté s#ématiquement une autre variante du canal de raccordement 28 dont la voie de passage se déwelnSpe en formant des méandres et comporte de ce fait, en plus d'un accroissement de la surface limite transmettant la chaleur. fournie, une pluralité de zones de renvoi, Il y avantage à ce qu'un tel canal de raccordement soit pourvu d'une voie de passage dont la section soit,non pas ronde, mais relativement aplatie, Ici aussiF t est obtenu une augmentation de la surface limite et le canal de raccordement peut éventuellement être fabriqué au moyen de deux demi-coquilles, assemblées l'une avec l'autre, de sorte que la fabrication en esb moins conteuse. On trouvera un exemple d'exécution recommandé d'un canal de raccordement dans la coupe longitudinale partielle de la figure 5; e* la buse qui est disposée dans ce canal est représentée en plan dans la figure 6. Ce canal de raccordement 30 de la figure5 est chauffé de l'extérieur par un manchon chauffant.La paroi tubulaire présente une surface de contact conique 31 dans laquelle est sériée une buse 32 de façon telle qu'il existe entre la paroi du cana1#-de raccordement 30 et la buse 32 une grande surface de contact. la buse est traversée par une pluralité de trous étroits, de sorte que la voie de passage est divisée en une pluralité corre-spondante de voies séparées, Cette disposition ne donne pas seulement un Accrois- sement de la surface limite et par suite une plus faible résistance à la transmission de la chale#r,mais il se produit à l'entrés et en particulier à la sortie des trous 33, des turbulences qui assurent l'homogénéité du mélange, On peut créditer cet exemple d'exécution de cet a antage particulier qu'il offre une grande simplicité de fabrication ainsi qu'éventuellement d'entretien et de réparation. On peut agir sur la fourniture de chaleur par la forme et éventuellement le nombre des buses de sorte qu#3r''on a la possibilité de s'adapter à des écoulements de matières et/ou à des matières différentes autrement aue par le réglage de la température. Dans un modèle d'exécution recommandé, la longueur de la buse et son diamètre se montent à environ 30 m/m, cependant que l'on a choisi 3 m/m pour le diamètre des trous. Gråce l'invention on arrive à remplir complétement de mousse les moules 209 sans avoir à tenir compte des déficiences technologiques des procédés connus. En particulier la décomposition en phases de travail séparées permet deappliquer à celles-ci les températures qui sly adaptent le mieux9 de sorte que le réglage de la machine est simplifié et que l'agent gonflant est complétement utilisé, et en liaison avec l'obtention de ces conditions, il est assuré un remplissage parfait du moule ainsi qu!une qualité optimale pour la structure de la mousse. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci--dessus décrits et représentés9 pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé pour la fabrication d'objets en mousse de plastique dans des moules à injection, dans lequel la matière plastique mélangée avec des agents gonflants es#t plastifiée en dessous de la température de réaction de l'agent gonflant utilisé, et est envoyé essentiellement d'une façon continue dans un cylindre de transfert d'où elle est injectée dans le moule après élévation de sa température au-dessus de la température de réaction, procédé caractérisé en ce qu'on réalise l'apport de chaleur qui provoque l'élévation de température au-dessus de-la température de réaction dans le canal de raccordement qui assure le passage entre le dispositif d plastifîcation et le cylindre de transfert. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise l'apport de chaleur par transmission à partir de la face extérieure du canal de raccordement 30) Installation pour l'application du procédé suivant l'une quelconque des revendications i ou 2, avec un dispositif de plastification et un cylindre de transfert monté à la suite de celuicei et alimentant la buse d'injection, installation caractérisée en ce que le canal de raccordement destiné à transporter la matière plastique plastifiée du dispositif de plastification dans le cylindre de transfert, et placé entre ceux-ci, est équipé avec des éléments chauffants qui élèvent la température de la matière qui le traverse. 40) Installation suivant la revendication 59 caractérisée en ce que le canal de raccordement est équipé avec un chauffé fage électrique à résistance extérieur. 50) Installation suivant la revendication 3, carac térisi en ce que le canal de raccordement est équipé avec un chauffage électrique à résistance intérieure 60) Installation suivant l'une quelconque des reven dications 3, 4 ou 5 ,caractérisée en ce que le canal de raccorde ment présente une voie de passage garnie d'une pluralité de sinuosités. 103 Installation suivant l'une quelconque des revenS dications 1 à 6, caractérisée en ce que 3a voie de passage du canal de raccordement comporte une pluralité de zones de renvoi. 80) Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7 ,caractérisée en ce que le canal de raccordement est pourvu d'une buse chauffée, présentant une pluralité de trous étroits. 90) Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la buse s'applique par une grande surface sur un siège de buse chauffé.