Brevet FR2072042A1 — publié le 19710924

i 2072042 La présente invention est relative à un procédé de fabrication de pièces moulées en mousse de matière synthétique consistant à mouler par injection un mélange plastifié par la chaleur formé de matière synthétique thermoplastique et de po-rogènes liquides à bas point d'ébullition ou gazeux, dans le-5 quel on commence par préparer, par l'action de la chaleur et d'une pression, dans la chambre de cylindre de vis d'une machine à mouler par injection, un prémélange fluide de matière synthétique thermoplastique, on mélange ensuite ce prémélange à un po-rogène amené à la chambre de cylindre de la machine à mouler 10 par injection et on refoule le tout sous une haute pression dans un outil refroidi de moulage par injection où ce mélange mousse lorsqu'il se détend et forme la pièce de mousse de matière synthétique. Il est connu (DAS 1 181 897) d'incorporer un porogène 15 solide à la matière brute sous forme de granulé ou de poudre , qu'il s'agit de travailler selon le procédé de moulage par injection ou encore d'appliquer le porogène extérieurement et de plastifier ce mélange sous l'action de la chaleur, le porogène se décomposant avec libération de gaz, mais restant en 20 solution sous l'action d'une pression extérieure et gonflant seulement la matière synthétique transformable en mousse lorsqu'on relâche la pression après que ce mélange soit parvenu dans un moule creux. L'inconvénient de ce procédé est que le poids spécifique que l'on peut donner à la mousse,lorsqu'on incorpore -25 une quantité constante de porogène à la matière synthétique utilisée,dépend du volume de l'objet à fabriquer et du rapport entre la profondeur d'écoulement et l'épaisseur de .paroi et qu'ainsi il faut déterminer expérimentalement la quantité de porogène par des expériences préalables coûteuses, pour chaque 30 type et chaque grandeur de pièce moulée à fabriquer. En outre, on peut observer une distribution très irrégulière de poids spécifique dans la pièce moulée, sur la section et sur la longueur du parcours d'écoulement. Un autre procédé connu (DAS 1.233-578) utilise le 35 même mode d'introduction du porogène ; toutefois, on amène d'abord la masse contenant le porogène dans un récipient intermédiaire pour la refouler dans le moule d'injection en une étape suivante. Par suite, ce procédé ne présente pas seulement les 70 45519 2 2072042 inconvénients du premier, mais encore ceux d'une exécution coûteuse techniquement. On connaît encore un procédé de fabrication de pièces de mousse moulées par injection (DAS 1.261.660), dans lequel on applique une basse pression au prémélange plastifié par la 5 chaleur avant d'ajouter le porogène, ajoute ensuite le porogène et refoule l'ensemble du mélange sous une haute pression. L'inconvénient de ce procédé est qu'il faut donner une structure spéciale aux vis dont l'exécution est très coûteuse. On observe en outre, un autre inconvénient, à savoir que le porogène in-10 troduit dans des zones de pression réduite n'est pas absorbé immédiatement- par la matière synthétique fondue, mais est entraîné sous la forme de bulles distinctes de gaz ou de liquide. En outre, on risque que la matière fondue transportée contre une pression croissante n'absorbe pas le porogène amené et que celui-15 ci n'émigré vers l'arrière à l'envers du transport de la matière et ne puisse s'échapper par la trémie d'alimentation. Ainsi, on n'obtient pas une distribution uniforme du porogène et il en résulte des grosseurs de pores très variables. Pour l'extrusion continue de matières thermoplas-20 tiques contenant un porogène, on a déjà proposé (brevet français n° 69-37.335 du 30 octobre I969)d'incorporer le porogène au prémélarige plastifié de matière thermoplastique, dans le cylindre de vis, après la zone de pression croissante, dans une zone de pression pratiquement constante ou encore croissante. 25 On a trouvé qu'il est possible d'éviter les inconvé nients des procédés de moulage par injection antérieurement connus, dans la fabrication de pièces moulées en mousse de. matière, synthétique, si l'on oriente vers le moulage par injection le procédé d'amenée et de mélange de porogène appliqué dans le 30 procédé continu d'extrusion d'une façon qui correspond au caractère cyclique de ce processus. On résout ce problème, selon l'invention, grâce au fait que l'on incorpore le porogène, après la zone de pression croissante, dans la zone de pression pratiquement constante du 35 cylindre de vis, de façon telle que ce porogène soit introduit dans le cylindre de vis uniquement pendant le laps de temps de plastification qui se situe entre deux processus successifs d'injection et de préférence pendant-tout ce laps de temps. 70 45519 3 2072042 Pour la pratique de ce procédé, on peut utiliser aussi bien des machines à mouler par injection à piston à vis que des machines à mouler par injection à piston avec préplastification par vis. D'autres caractéristiques et avantages du procédé 5 conforme à l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une machine à mouler par injection à piston à vis ; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une 10 machine à mouler par injection à piston avec préplastification par vis ; La figure 3 montre la variation de pression a, b, ç le long du cylindre de vis pour des positions caractéristiques de vis A, B et C d'un cycle de travail de la machine à 15 mouler par injection à piston à vis et la variation de pressiond pendant la plastification dans le cas d'une vis non mobile axia-lement D d:une machine à mouler par injection à piston avec préplastification par vis. Dans le procédé selon l'invention pour la fabrication 20 de pièces moulées en mousse de matière synthétique thermoplastique, on amène à la vis £ Pa-r la- trémie 2 de l'installation de moulage par injection à piston à vis le prémélange sous forme de granulé ou de poudre qu'il s'agit de convertir en mousse. Ce prémélange peut contenir des substances régulatrices de pores 25 et des additifs tels que des pigments, des charges, des substances ignifuges et antistatiques. La vis 2, peut coulisser axiale-ment dans le cylindre de vis 8 et tourne autour de son axe. L'entraînement de la vis 2. est assuré par le groupe d'entraînement 1. La vis 2. a une longueur L de 15 à 25 fois le diamètre extérieur 30 de la vis et présente des zones successives de géométrie différente. La zone E constitue la zone d'introduction dont la longueur représente 6 à 12 fois le diamètre extérieur de la vis. La zone K constitue la zone de compression, encore appelée zone de conversion et sa longueur représente 0,5 à 6 fois le diamètre extérieur 35 de la vis. La zone M constitue la zone de dosage de la vis 2 et sa longueur représente 6 à 10 fois le diamètre extérieur de la vis. La pointe 11 de la vis est munie d'un organe d'arrêt de reflux 10 qui évite que, pendant le processus d'injection du mélange plastifié à travers une buse à obturation 12 par un 70 45519 4 2072042 canal de coulée 1^ dans la cavité de moule 14 de l'outil de moulage par injection 1^, le mélange ne puisse refluer. Le cylindre . de vis 8 peut être chauffé par des éléments chauffants Au début du processus de plastification dans la machine à mouler par injection à piston à vis (figure 3, A), 5 la pression augmente dans le cylindre de vis, de la trémie 2 de la machine vers la pointe et présente la variation a de la figure 3. Peu avant la fin du processus de plastification (figure 3S B), la pression prend 1'allure b. Dans la zone de pression pratiquement constante ou 10 croissante» on choisit l'emplacement 2 (figure 3» A et B ; figure 1) pour le point d'amenée du porqgène dans le cylindre de vis. Le porogène venant d'un réservoir 4 (figure 1) est introduit de façon dosée dans le mélange plastifié par la cha-15 leur, sous l'action d'une pompe par la buse d'amenée 2.» en passant par une soupape de retenue 6, et la vis SLjQui tourne, se meut en direction du groupe d'entraînement 1 par suite de la pression de matière engendrée devant sa pointe. Pendant ce processus, le cylindre 8 est fermé par 20 une buse à obturation 12 afin que la matière fondue plastifiée ne puisse pas s'échapper du cylindre par la pointe, Quand une quantité suffisante de matière fondue a été préparée pour la fabrication de l'objet,, on arrête la vis en mettant hors diction le moteur d'entraînement de vis situé dans le groupe d'en-25 traîne ment 1. Simultanément, on ferme la soupape 6, on arrête la pompe et on met fin à l'introduction dosée du porogène pour le cycle de travail en cours. Ensuite, on pousse la-vis axialement e;n direction de l'outil et l'anneau d'arrêt de reflux 10 assure l'isolement entre la vis et la matière fondue 30 soumise à une haute pression,de sorte que la matière fondue ne peut pas s'écouler par les filets de la vis en direction de la trémie d'alimentation 2. La buse à obturation 12 s'ouvre et la matière fondue passe sous pression par le canal de coulée. 1J pour arriver 35 dans la cavité de moule 14 du moule d'injection 15. La figure 3? 0, indique cette position de la vis et la courbe ç, la variation correspondante de la pression après l'ouverture de la buse à obturation 12, pendant le processus 70 45519 5 2072042 d'injection (figure 1) dans la cavité de moule 14. Les courbes a, b et ç montrent que pendant tout le cycle, le point d'introduction 2. ne subit pas une pression plus élevée qu'au début de 1'introduction. Lorsqu'on utilise une machine à mouler par injection 5 à piston avec préplastification par vis (figure 2), le procédé selon l'invention prend la forme suivante : la vis 2^ placée dans le cylindre 24 tourne seulement autour de son axe et ne peut pas coulisser axialement. A la suite du cylindre de vis 24 est placé un cylindre de piston 21 muni d'un piston mobile 20 ; 10 tous deux sont chauffés à l'aide d'éléments chauffants 18. Sur la figure 3, position D, on a indiqué le cylindre de vis de cette machine, dans laquelle la longueur du parcours depuis l'entrée de la trémie 15 jusqu'à la pointe 25 de la vis (voir figure 2) est calculée (normalisée) en fonction du par-15 cours correspondant du cylindre de vis de la machine à mouler par injection à piston à vis. La courbe d indique la variation de pression le long du parcours ainsi reproduit, pendant le processus de plastification. Cette représentation vise à rendre clair le choix du 20 point d'amenée 22 du porogène dans la zone de cylindre de vis à pression pratiquement constante ou croissante lorsqu'on utilise la vis de préplastification, choix qui est entièrement analogue à celui de la première machine. Le porogène venant du réservoir 12 est introduit de 25 façon dosée dans lé mélange plastifié par la chaleur, sous l'action de la pompe doseuse 12, au point d'amenée 22, en passant par une soupape de retenue 2^. La masse préplastifiée additionnée de porogène arrive du cylindre de vis 24, par un canal 22 chauffé par des éléments chauffants 18, dans le cy-30 lindre de piston 21 d'où elle est refoulée à l'aide du piston 20 dans la cavité de moule j51 cle l'outil J2, en passant par une buse à obturation 22. et par le canal de coulée £0. Afin que pendant le processus d'injection la masse fondue plastifiée ne puisse pas s'échapper du cylindre 21 vers l'arrière et vers 35 le cylindre de vis 24 par le canal 22, le cylindre 21 est isolé du canal 22 par une soupape de retenue 28. Cette soupape 28 est commandée en fonction du cycle de telle sorte qu'elle se ferme au début du mouvement du piston en direction de la buse d'injection 22 et qu'elle s'ouvre à 70 45519 6 2072042 nouveau après la fin du processus d'injection. En même temps que la soupape 28 se ferme, la pompe doseuse de porogène 12. s'arrête et la soupape 2j5 se ferme. La mise en action de la pompe doseuse 12. et l'ouverture de la soupape 2^5 ont lieu immédiatement après l'ouverture de la sou-5 pape de fermeture de piston 28. Dans les deux machines à mouler par injection, le programme de température nécessaire est "basé sur la matière synthétique utilisée et on le détermine par des essais préalables. Des matières thermoplastiques appropriées sont en 10 particulier les polyoléfines, les polystyrènes et les polyamides et de façon générale les matières synthétiques thermoplastiques ayant une viscosité relativement faible pour la température de matière fondue qui règne au point d'introduction du porogène et ayant un intervalle de ramollissement pas trop 15 large. Comme régulateurs;de pores, on peut utiliser des carbonates et bicarbonates de sodium en mélange avec un acide organique comme l'acide citrique et éventuellement avec des composés minéraux. 20 Comme porogènes, on utilise des substances liquides à bas point d*ébullition, de préférence des hydrocarbures aliphatiques qui bouillent entre 20 et 70°C comme le pentane, l'hexane, ou encore des hydrocarbures chlorés comme le trifluo-ro-trichloréthane, le tétrafluoro-dichloréthane et le monofluoro-25 trichlorométhane. Outre ces hydrocarbures liquides à bas point d'ébullition, on peut aussi utiliser des porogènes gazeux comme le propane ou le butane, seuls ou sous forme de mélanges avec des porogènes liquides. La quantité de porogène à utiliser dépend de la grandeur 30 de l'objet de la matière synthétique thermoplastique à utiliser et du poids spécifique que l'on veut donner à la mousse, ainsi que du porogène lui-même et elle est de 0,1 à 10 % du poids total du mélange. Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des 35 pièces moulées de mousse en dosant le porogène de façon définie selon le poids spécifique que 1'on désire donner à la pièce moulée fabriquée. Le procédé évite les inconvénients qui se produisent lorsqu'on amène constamment le porogène en même temps 70 45519 7 2072042 que la matière synthétique et lorsqu'on ajoute le porogène sous une "basse pression au prémélange plastifié par la chaleur, par exemple 1'apparition de poids spécifiques irréguliers et la migration rétrograde du porogène. Relativement au procédé de moulage par injection avec 5 utilisation d'un récipient intermédiaire, le procédé selon l'invention présente l'avantage notable d'être plus simple à pratiquer techniquement,. L'invention est décrite dans les exemples non limitatifs qui suivent, dans lesquels les températures sont indi-10 quées en degrés Celsius. 70 45519 8 2072042 EXEMPLE 1 On utilise une machine à mouler par injection à piston à vis munie d'une vis de 45 mm de diamètre - divisée en trois zones - et d'une longueur de 20 si l'on appelle x 5 le diamètre de la vis. La vis comporte une zone d'introduction d.'une longueur de 10 xs une zone de compression d'une longueur de 2 x et une zone de dosage d'une longueur de 8 x» La profondes de filet dans la zone d'introduction e«t de 5,8 mm et l'a profondeur de filet dans la zone de dosage est de 1,5 nrnio H en ré-10 suite un rapport de compression de (2,81 ; 1). La pointe de la vis est munie d'un'organe d'arrêt et le cylindre de vis est équipés à la pointe} d'une "buse à obturation sollicitée par ressort, Le pas de la vis est de 1 x, Le point d'injection du porogène (ici le mono-fluoro-trichlorométhane) est situé à 2 s 13 du début de la zone de dosages en direction d.e la pointe de la vis., lorsque la vis se trouve dans la position la plus avancée dans le cylindre de vis. On transforme un polystyrène ayant un poids spécifique apparent de ls05 g/cm^ selon la norme DUT 55 479 et une 20 viscosité de 90, mesurée selon la norme DlSf 53 726 ainsi mi'ua indice D de 60, mesuré à 20° selon la norme prévue pour le chlorure de polyvinyle„ Le parcours de dosage étant de 117 mm soit 2,6 x} le réglage de la température du cylindre depuis la trémie d'alimentation jusqu'à la buse s'élevant de 180° à 25 200° et 210° j la température de la buse étant de 210° ? la température de la matière de 226°, la pression dynamique de la vis 2 5 étant' de 60- kg/cm , on prépare en 20 secondes 170 cnr de matière fondue. Pendant cette préparation de la matière fondue on injecte dans la matière fondue, au point d'injection indiqués 30 2,5 parties en poids de monofluoro-trichlorométhane sous une p pression de 82 kg/cm „ La vitesse de rotation de la vis pendant le processus de plastification est de 60 tours/mn. Sn- 0 suite, sous une pression d'injection de 800 kg/cm p après ouverture de la buse d1 obturation.;, on injecte le polystyrène 35 fondu contenant le porogène sous forme finement divisée, par un canal de carotte capillaire central» dans la cavité d'un outil fermé et refroidi. Le temps d'injection est de 1,2 seconde. »V BAD ORIGINAL 70 45519 9 2072042 La matière fondue mousse seulement dans la cavité de 1Toutil et remplit celle-ci complètement une fois transformée en mousse. Après un temps de refroidissement de 60 secondes, on peut démou 1er l'objet. Pendant le temps de refroidissement de la pièce moulée par injection, on prépare déjà dans le groupe de plasti-5 fication, pour le processus d'injection suivant, la matière fondue contenant le porogène mais non gonflé. Les dimensions de l'objet sont de 250 mm de diamètre pour une épaisseur de paroi de 6,9 mm. La surface de l'objet n'est pas sous forme de mousse sur une profondeur de 0,3 nim tandis qu'à l'intérieur de l'objet 10 on observe une structure poreuse très uniforme dont le diamètre de pores est de 0,15 en moyenne. Le poids spécifique moyen de la pièce moulée est de 0,5 g/cm . EXEMPLE 2 15 Sur une machine à mouler par injection à piston à préplastification par vis, par un canal central de carotte de 30 mm de longueur s'élargissant de 4 à 6 mm, on fabrique en polystyrène expansible résistant au choc - comme celui de 20 1'exemple 1 - une boîte sans couvercle de 250 x 250 mm ayant une hauteur de 110 mm et une épaisseur de paroi de 10 mm, avec un poids spécifique moyen de 0,63 g/cm . Dans le cylindre de vis se trouve une vis de 45 mm de diamètre et dont la longueur représente 15 fois le diamètre x. La longueur de la zone d'in-25 troduction de la vis est de 3 x et celle de la zone de compression de 3 S également,tandis que la zone de dosage a une longueur de 8 x avec une augmentation constante de pas de 1 x. La profondeur de filet dans la zone d'introduction est de 6 mm et la profondeur de filet dans la zone de dosage de 1,7 mm 30 ce qui donne un rapport de profondeur de filet de (3>53 : 1)• La vis ne peut pas coulisser axialement ; entraînée par le moteur d'entraînement de vis, elle tourne seulement autour de son axe pendant la plastification. Le point d'injection du monofluoro-trichlorométhane utilisé comme porogène liquide se 35 trouve à 1,5 x après le début de la zone de dosage, en direction de la pointe de la vis. La vis tournant autour de son axe à 120 tours/mn plastifie le granulé de polystyrène amené par 70 45519 10 2072042 la trémie d'alimentation et le refoule de façon continue pendant cette plastification, par un canal d'amenée chauffé avec soupape p de retenue, sous une pression de 130 kg/cm , dans un cylindre de piston également chauffé ayant un diamètre intérieur de 65 mm; par suite de la pression de refoulement, le piston se meut alors 5 vers l'arrière contre une contre-pression qui est inférieure de p 1 à 2 kg/cm à la pression de refoulement de la vis. La matière fondue contenant du porogène mais non encore gonflée est maintenue sous cette pression dans le cylindre de piston qui est fermé par une buse à obturation. Pour la fabrication de l'objet 10 indiqué plus haut, la vis plastifie et refoule, à 120 tours/mn, en l'espace de 42 secondes, environ l.OpO cnr de matiere fondue contenant du porogène dans le cylindre de piston qui, pendant le mime temps,.effectue une course de 300 mm vers l'arrière. Pendant ce temps de plastification et de refoulement, à l'aide 15 de la pompe doseuse de porogène, on injecte dans la matière fondue au point mentionné du cylindre de vis, sous une pression de 185 kg/cmune quantité de porogène représentant 2,8 % du poids de la matière fondue plastifiée. Quand la quantité de matière fondue contenant du porogène est arrivée dans le cylin-20 dre de piston, on empêche le processus de plastification en arrêtant la rotation de la vis, simultanément on ferme les sou- . papes de retenue au point d'injection et dans le canal d'amenée vers le cylindre de piston et on ouvre la buse à obturation. Le mouvement du piston en direction de la buse, sous une pression 25 de 850 kg/cm , a pour effet'que la matière fondue arrive en 1,8 seconde, par la buse et par le canal de carotte, dans le moule à boîtes refroidi et fermé dans lequel elle gonfle sous l'action de la pression du porogène et remplit ainsi toute la cavité de moule ; il se constitue une surface non transformée 30 en mousse de 0,6 mm et un coeur à cellules fermées dans.lequel le diamètre moyen des cellules est de 0,2 mm. La matière fondue gonflée se solidifie et, au bout de 85 secondes, on démoule l'objet décrit plus haut. Le poids spécifique de l'ensemble de l'ob-jet est de 0,63 g/cm . Le cycle total est de 90 secondes. Im-35 médiatement après que la matière fondue ait été injectée dans la cavité de moule, on ferme la buse à obturation et simultanément on met en marche la pompe doseuse de porogène et la vis, 70 45519 ii 2072042 à la vitesse de rotation indiquée plus haut, commence à préparer la matière fondue pour le processus d'injection suivant. Par suite de la pression de dosage du porogène, la soupape de retenue située au point de dosage s'ouvre de sorte que le porogène peut être injecté dans la matière fondue. En outre, la soupa-5 pe de retenue du canal d'amenée au cylindre de piston s'ouvre par suite de la pression de refoulement de la matière fondue par la vis. En outre, la contre-pression du piston se réduit de 850 kg/cm^ à 128 kg/cm^ de sorte que la matière fondue amenée par la vis peut arriver à nouveau dans le cylindre de pression 10 et repousse le piston lui-même. Lorsqu'une quantité suffisante de matière fondue a été préparées celle-ci reste à la température dans le cylindre de piston jusqu'à ce que l'outil soit à nouveau fermé après le démoulage de l'objet moulé par injection au cycle précédent, afin que le nouveau processus d'injection 15 puisse commencer de la façon décrite ci-dessus. La température des trois zonçs de chauffage du cylindre de vis, depuis la trémie d'alimentation jusqu'à la pointe de la- vis, est de 210% 21'0°et 210° le canal d'amenée, qui va du cylindre de vis au cylindre de piston,est muni de deux zones de chauffage qui sont maintenues 20 à une température constante de 210°, et les éléments chauffants du cylindre de piston sont réglés constamment à 225°. Avec ces réglages de température, la température de la matière fondue, mesurée à la sortie de la buse, est de 223° dans le cylindre de piston. y • • - i m BAC* ORIGINAL ' 70 45519 12 2072042 HEVEHDIÇATIOHS 1. Procédé de fabrication de pièces moulées en mousse de matière synthétique consistant à mouler par injection un mélange plastifié par la chaleur formé de matière synthétique 5 thermoplastique et de porogènesliquides à bas point d'ébullition ou gazeuxj dans lequelle on commence par préparers par l'action de la chaleur et d'une pression, dans la chambre de cylindre de iris d'une machine à mouler par injection, un pré-mélange fluide de matière synthétique thermoplastique, on mélan-10 ge ensuite ce'prémélange à un porogène çuoaené à la chambre de cylindre de la machine à mouler par injection et on refoule le tout sous une haute pression dans un outil refroidi de moulage par injection où ce mélang© mousss lorsqu'il se détend et forme la. pièce de mousse de matière synthétique3 procédé caractérisé 15 par le fait que l'on incorpore le porogène, après la zone de pression croissantes dans la sone de pression pratiquement constante du cylindre de vis., de façon telle que ce porogène soit introduit dans le cylindre de vis uniquement pendant le laps de ■fces'ips de plastification oui se situe entre deux procès— 20 sus successifs d'injectien et,da préférence; pendant tout ce laps de temps» 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre deux processus d'injection successifs,, on amène le porogène en quantité constante par unité de temps » 25 3» Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, pour l'amenée définie de la quantité de porogène dans le cylindre de vis d'une machine à mouler par injection à piston à vis, caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison un réservoir à porogène et une buse d'ame-30 née, avec les éléments de dosage pouvant être commandés au rythme du processus d!injection^ à savoir la pompe doseuse et la soupape de retenue. 4-, Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2S pour l'amenée définie de la quantité 35 de porogène dans le cylindre de vis d'une machine à mouler -par injection à piston avec préplastification par vis, caractérisé -par le fait qu'il comprend, en combinaison, un réservoir à poro- =*--- BAD ORIGINAL 70 45519 13 2072042 gène et une buse d'amenée, avec les éléments de dosage pouvant être commandés au rythme du processus d'injection, à savoir la pompe doseuse et la soupape de retenue.