Brevet FR2070768A1 — publié le 19710917

La présente invention se rapporte au domaine général des matieres en mousse et elle a trait plus particulièrement à un procédé pour produire, déclencher et contrôler étroitement l'action de chauffage et la formation résultante de mousse à 5 partir de matières plastiques et d'autres compositions pouvant former des mousses à chaudo Des matières plastiques transformées en mousse à chaud ont été utilisées intensivement par le passé, dans des structures isolantes, acoustiques, flottantes ou dans d'autres ap-10 plications« la production d'une mousse à chaud et de modifications volumiques de matière a été réalisée par le passé en utilisant des sources de chaleur telles que des fours, des torches et des flammeso Ces dernières années, une amélioration notable a été 15 apportée en utilisant dans certains cas des procédés de chauffage diélectrique ainsi qu'un traitement des matières par des micro-ondes afin de produire dans des matières polarisables de la chaleur par des processus de polarisation électrique bien connus» 20 Les procédés de types connus, tout en donnant satis faction dans certaines applications, ont présenté généralement des inconvénients du fait qu'ils ne permettent pas un contrôle uniforme de la formation de mousse et une fabrication uniforme des produits à cellules fermées désirés0 25 Les problèmes posés à l'heure actuelle en ce qui con cerne les défauts des mousses finales résultent de ce qu'on appelle l'effet de pétrissage, l'effet de peau, la non uniformité d'expansion et de production des cellules dans le produit finalo 30 Des tentatives effectuées ces dernières années pour remédier à certains des inconvénients précités ont consisté à éliminer la vapeur et l'eau dans le processus, à réduire l'utilisation de l'air comprimé et à diminuer le prix de revient de moules et de presses coûteuxo 35 L'invention a, en conséquence, pour but de fournir un procédé économique et très efficace pour former instantanément de la mousse à chaud à partir de nombreuses matières 70 44097 2 2070768 plastiques et autres en vue d'obtenir des résultats uniformément contrôlés et de remédier aux problèmes posés à l'heure actuelle par les procédés ©onnuso L'invention a également pour but de fournir un procédé de production de mousse qui ne nécessite pas un transfert de cbaleur à tout ou partie de la masse du corps à transformer en mousse mais qui produit un échauffe ment localisé aux empla L'invention a également pour but de fournir un procédé de formation de mousse du type défini plus h§ut; ce procédé permettant de ©ontrôler et d'empêcher un excès d'échauffé— ment de la matière a transformer en mousse et permettant, par ailleurs, d'engendrer un dégagement gazeux localisé dans un système à un seul composant» D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective à échelle agrandie d'une partie d'ion échantillon pré-formé d'un corps ou masse de matière plastique susceptible de former une mousse à chaud et qui a été pourvu, par imprégnation ou par un autre procédé d'incorporation homogène, d'une dispersion de particules sensibles convenablement choisies ; - la figure 2 est un schéma montrant comment la masse de matière imprégnée de particules sensibles est engagée dans une spire de chauffage par induction du type en épingle à cheveux ouverte ; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 et montrant schématiquement comment se forme la mousse dans l'exemple particulier d'application de l'invention» Bien que les phases essentielles du procédé de l'invention fassent intervenir un "chauffage électronique des 70 44097 3 2070768 matieres formant une mousse", les phases effectives du procédé et les résultats fonctionnels améliorés ainsi obtenus procurent des avantages nouveaux et bien définis par rapport aux réalisations connues» 5 Suivant l'invention, des particules sensibles des types précisés ci-après et présentant des caractéristiques de perte par hystérésis magnétique ou de perte par courants de Foucault sont ajoutées ou incorporées, par imprégnation ou mélange homogène aux matières utilisées pour la fabrication d'une 10 masse ou corps pouvant former une mousse à chaudo Lesdites matière» formant une mousse à chaud peuvent être des matières plastiques ou d'autres masses chimiques qui dégagent des gaz ou qui engendrent par d'autres processus une formation de mousse sous l'influence de la chaleur. 15 Dans la phase suivante du procédé de l'invention, lesdites matières dans lesquelles les particules sensibles sont dispersées de façon uniforme ou homogène sont soumises à un champ magnétique intense et la chaleur produite par cet échauf-fement par induction est contrôlée de façon très précise. Les 20 particules sensibles sont choisies sur la base de considérations d'efficacité et d'économie en vue d'être soumises à une excitation par application d'un champ in«3uctif en courant alternatif. Les particules sensibles peuvent avoir des dimensions très fines conqprises entre une fraction de micron et vingt microns 25 lorsqu'elles sont constituées d'un oxyde ferro-magnétique ou de son équivalent chimique» Les particules sensibles qui sont formées de substances comprenant des métaux et des alliages métalliques donnent satisfaction pour la maise en pratique du procédé de l'inven-30 tion. De préférence, ces particules de métaux ou d*allèges métalliques doivent avoir une longueur maximale comprise entre vingt et deux cent—quinze microns. Les particules sensibles peuvent évidemment résulter de mélanges de particules fines d'oxyde ferro-magnétique avec un certain pourcentage de parti-35 cules de métaux ou d'alliages0 Pour les particules sensibles de type ferro-magnétique les petites dimensions spécifiées plus haut sont préférables 70 44097 4 2070763 peur faciliter la manutention et le mélange par des installations existantes et en vue d'obtenir une production industrielle et rentable. Pour l'autre type de particules sensibles qui s'é-5 chauffent par circulation de courants de Foucault, on utilise de préférence des dimensions bien supérieures à celles des particules ferro-magnétiques de taille pigmentaire puisque l'effet de chauffage par induction par courants de Foucault est plus rentable en ce qui concerne le mode de génération et 10 la puissance du champ magnétiqueo Lorsque le générateur d'induction est excité, le champ magnétique à haute fréquence, produit par l'enroulement, traverse le mélange chimique et crée une perte par hystérésis ou une perte par courants de Foucault dans les particules sen-15 sibleso Chaque particule est chauffée individuellement et cette chaleur est immâ3Latement transférée à la masse chimique environnante o Le champ magnétique a un effet direct négligeable ou nul sur la masse chimique elle-même dans le cas normal puisqu* 20 aucun processus de génération de chaleur n'est effectivement engendré dans une telle matière organique à l'aide d'un champ magnétique© En conséquence, la majeure partie du volume de la masse chimique reste froid tandis qu'il se produit localement dans chaque particule une augmentation de température suffi-25 santé pour engendrer un dégagement gazeux localiséo Lorsque l'intensité du champ magnétique est suffisamment grande, on estime qu'il peut se produire de cette manière une quantité considérable de mousse pour une génération de chaleur relativement faible dans l'ensemble de la masse de matière» En consé-30 quence, on voit que cette caractéristique diffère sensiblement à la fois de la méthode diélectrique ou d'hyperfréquence et de la méthode classique du four dans lesquelles il n'existe aucune possibilité de génération sélective de chaleur dans l'ensemble de la masseo 35 On a trouvé que la propriété nouvelle de génération localisée de chaleur du procédé de l'invention offre des avantages pour traiter de nouvelles catégories de substances sus 70 44097 5 2070768 ceptibles de former de la mousse qui n'avaient pas pu être utilisées auparavant du fait du risque d'endommagement par la cha— leur0 En fait, il est possible de traiter ainsi un certain nombre de matières à un seul composant auxquelles les particules 5 génératrices de chaleur peuvent être mélangées pour fabriquer un nouveau produito Dans ce nouveau produit, la génération localisée de chaleur par les particules est assurée d'une manière simple en produisant des poches localisées de gaz dégagé par la substance vaporisée, ces poches persistant et devenant les cel-10 Iules de cette mousse à un composant» En variante, une décomposition thermique localisée peut produire de la vapeur ou des poches de gaz dans une masse à un seul composant en vue de former la mousse» le procédé de formation de mousse par chauffage à in— 15 duction suivant l'invention permet d'obtenir des avantages additionnels., lorsqu'on essaie d'appliquer les procédés connus de chauffage de type diélectrique ou à hyperfréquence pour faire mousser des mélanges qui contiennent une certaine quantité de liquide ionisé, il s'avère que le degré de conduction 20. électrique du liquide peut en fait, provoquer un courtcircui-tage du champ électrique appliqué, ce qui se traduit par une forte réduction du taux d'échauffement du liquide. Avec le procédé suivant l'invention, la masse liquide â transformer en mousse peut, en fait, devenir assez conductrice du courant 25 sans empêcher sérieusement la pénétration du champ magnétiqueo A l'aide de la bobine d'induction utilisée daùs l'invention, on peut exercer l'action de chauffage sur des zones localisées d'un corps à traiter aussi bien que dans des zones plus largeso Du fait que le champ magnétique produit par 30 la bobine est fortement concentré à proximité des conducteurs dans certaines conceptions de bobines, le taux d'échauffement local à proximité des conducteurs peut être bien supérieur à celui obtenu dans une chambre à hyperfréquence par exemple Cette possibilité de localisation de l'échauffement 35 peut être très intéressante dans des applications telles que la suppression de cavités dans des planches de mousse, la zone endommagée et sa partie immédiatement environnante sont 70 44097 6 2070763 découpées à l'aide d'une matrice uniforme„ Un tampon de mousse découpée au même profil que la matrice, peut fre introduit de manière à remplir l'évidement formé dans la planche» Lorsqu'on utilise un adhésif classique pour essayer de maintenir le tam-5 pon en place, on obtient de mauvais résultats du fait que les cellules de la mousse réduisent la surface de contact disponible pour la liaisono Cependant, si l'on revêt ce tampon d'un adhésif générateur de mousse fabriqué suivant l'invention sur au moins une des surfaces de liaison et si l'on place le tam-10 pon en position, un traitement ultérieur à l'aide d'une bobin® de chauffage par induction assure la transformation de l'adhésif «n mousse et son expansion de manière à établir une liaison de réparation plus solide que celle obtenue par des adhésifs classiques» 15 EXEMPLE DE FOEMA-fflON SE MOUSSE i La présente invention a été mise en pratique sur une composition de polystyrène simple» On a ramolli une feuille de polystyrène (Polyflex (E) de Monsanto) en l'appliquant contre les cylindres chauffés d'un malaxeur à rouleaux» Lorsque le 20 polystyrène a été ramolli et a pu être transformé en une masse flexible sur les cylindres, on a ajouté des particules magnétiques d'oxyde de fer qui ont été incorporées uniformément au polystyrène par cylindrage. Bien qu'on ait utilisé des particules d'oxyde de fer dans cet exemple, il va de soi qu'on peut 25 employer d'autres matières produisant une perte élevée par hystérésis, par exemple certains ferrites, des aciers magnétiques à base de cobalt et de 18oxyde de chrome magnétique, etcoï, comme cela est bien connu» Dans l'exemple considéré, on a ajouté de l'oxyde 30 magnétique de fer noir au polystyrène en quantité correspondant à cinquante parties en poids d'oxyde pour cent parties de polystyrène» On a utilisé comme oxyde le produit de marque M0-4232 fabriqué par la Division "Minéraux et Pigments" de la Société "Chaso Pfizer & Co"0 Cet oxyde contenait des particules 35 de dimensions correspondant à la gamme des pigments et en moyenne inférieures à un micron de diamètre, de sorte qu'il a pu être aisément traité dans des malaxeurs classiques» 70 44097 7 2070768 Après que l'oxyde de fer a été uniformément dispersé dans le pdLystyrène ramolli, le mélange est placé entre les plateaux chauffés d'une presse et il est aplati de façon à former un échantillon plat d'une épaisseur moyenne d'environ 5 0,17 millimètres. Après refroidissement de cette feuille, on a effectué un chauffage par induction suivant le procédé de l'invention de manière à former un échantillon de mousse de polystyrène de la manière suivante. Le processus a consisté d'abord à imprégner la feuille à la température ambiante d'un 10 hydrocarbure à faible point d'ébullition (éther de pétroleo Une. quantité d'hydrocarbure jusqu'à environ 10% en poids peut être introduite de cette manière dans la feuille de polystyrène. Un échauffement ultérieur assure ensuite la vaporisation de l'hydrocarbure emprisonnée Lorsque le polystyrène devient suf-15 fisamment chaud pour se ramollir, les vapeurs emprisonnées se dilatent et produisent une mousseo La formation de mousse de polystyrène par vaporisation de liquides emprisonnés est connue et de nombreux autres procédés de formation de mousse auraient pu être utilisés dans l'exemple considéré sans sortir 20 du cadre de l'invention. . On a utilisé pour le polystyrène de l'exemple en question, un hydrocarbure particulier constitué par de 1'éther de pétrole T*!7*" 9273 fabriqué par la Société JoT. BAKER GHEMIGAL Go et présentant un point d'ébullition compris entre 60 et 25 110°G. La feuille de polystyrène a été plongée une demi-douaaine de fois dans l'hydrocarbure et est restée partiellement immergée pendant plusieurs jours durant lesquels l'échantillon a été alternativement mouillé et séché (l'hydrocarbure a tendance à rester une fois qu'il a pénétré dans le polystyrène). L'é-30 chantillon est devenu flexible et a gonflé jusqu'à une épaisseur d'environ 0,3 millimètreso Pour produire la mousse de polystyrène, l'échantillon 11 de la Figure 1 contenant des particules d'oxyde de fer 12, a été placé dans l'intervalle existant entre les conducteurs 33 15 d'un enroulement de chauffage par induction 16 du type à épingle à cheveux, représentée schématiquement sur la figure 2o On a utilisé des conducteurs formés par un tube de 4,8 milli— 70 44097 8 2070768 mètres de diamètre et espacés l'un de l'autre d'environ 4,8 millimètreso L'enroulement a été relié à un dispositif de chauffage par induction 18 de 10 KW opérant à une fréquence de 3 $5 Mhzs Le dispositif de chauffage par induction a été excité psn-5 dant environ une seconde® L'échantillon de polystyrène s'est immédiatement transformé en une masse irrégulière de mousse 20 dsune épaisseur d®environ 106 millimètres, comme indiqué sur la figure 3° Aucune tentative n'a été faite pour mouler le polystyrène à un profil particulière Lsexpérience a été répé-10 tée avec des résultats similaires en plaçant un échantillon sur un enroulement en forme de 'boucle au lieu de 18 engager entre des conducteurs® Un échantillon de polystyrène plus épais? et préparé dsune manière similaire mais non soumis à une compression initiale sous forme dBune feuille a été également ex= 15 pansé par le procédé de l'invention? à savoir depuis une épais°= seur d®environ 1?75 millimètres jusqu'à une épaisseur d®environ 4 millimètres s ^ taux sxrpérieur- d'accroissement d®épais= seur aurait probablement été obtenu dans un système contrôlée Sa plus des matières sensibles spécifiées plus haut9 20 on peut parfaitement utiliser pour la formation de mousses des particules métalliques ou des particules d'alliages métalli— ques s j compris des alliages ds fer9 de cuivre et d8 aluminium9 ces particules ayant généralement des dimensions moyennes comprises entre vingt et deux cents microns0 25 Pour faciliter la mise en pratique de l'invention, il est utile de connaître différents facteurs qui ont été mis en évidence au cours d'une étude de la technologie du phénomène d'hystérésis par inductiono II- est souhaitable que la puissance du champ magnétique de l'enroulement de chauffage 30 par induction dépasse cent à deux cents oersteds pour obtenir la vitesse maximale de chauffages Une masse assez épaisse contenant des particules génératrices de chaleur s'échauffe plus rapidement qu'une masse plus mince3 probablement du fait que la matière génératrice de chaleur existe en plus grande quantité9 33 Une plus forte concentration des particules dans la masse favorise également la rapidité de chauffage» Il a semblé avantageux d'utiliser en pratique un champ de fréquence minimale d'environ 70 44097 9 2070768 2 MHz, la limite supérieure pratique de la fréquence était fonction des limitations physiqâes de structure et de dimensionne*» ment de l'enroulement pour obtenir un foncttionnement correct de l'équipement. Une limite supérieure de l'ordre de 30 MHz 5 peut, par conséquent, exister pour les types classiques d*enroulements inducteurs hélicoïdaux mais elle ne constitue certainement pas une limite théorique du procédé du fait que des pertes par hystérésis et autres se produisent à des fréquences supérieures dans le domaine des micro-ondes0 10 La description qui précède montre que l'invention fournit un procédé économique et efficace pour faire mousser à chaud de façon instantanée et contrôlable de nombreuses matières, ce procédé ne nécessitant pas de transmission de chaleur au travers de tout ou partie de la masse du corps à transformer 15 en mousse, mais produisant localement un échanffement aux emplacements occupés par des milliers de particules sensibles qui ont été dispersées ou noyées de façon pratiquement uniforme dans la matière à transformer en mousse ou bien seulement dans des zones ou sections de ladite matièreo 70 44097 10 2070768 BEVEHDIC&TIONS 1) Procédé de fabrication et de contrôle de formation de mousse à chaud à partir d'une matière appropriée, caractérisé en ce qu'on disperse sensiblement uniformément dans au 5 moins une partie du volume de ladite matière de petites particules sensibles qui sont rapidement échauffées lorsqu'elles sont soumises à tin champ d'induction électrique ou magnétique et en ce qu'on soumet ensuite ladite matière contenant les particules au champ d'un enroulement de chauffage par inductiono 10 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on incorpore les particules sensibles pratiquement à toute la masse de ladite matière» 3) Procédé suivant la revendication 1<> caractérisé en ce que la chaleur.des particules sensibles provoque mie va- 15 porisation de ladite matière sous forme d'un grand nombre de petites poches de gaz. 4) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière génératrice de mousse est utilisée comme adhésif dilatable de manière à remplir un intervalle de liai— 20 son entre deux éléments à assembler. 5) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sensibles appartiennent à au moins un des groupes comprenant les oxydes ferromagnétiques, les métaux, les alliages et des mélanges de ces substances.. 25 6) Procédé suivant la revendication 5f caractérisé en ce que les particules ont des dimensions moyennes comprises entre vingt et deux cents microns 7) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sensibles se composent essentiellement 30 d'oxydes ferromagnétiques® 8) Procédé suivant la revendication 7» caractérisé en ce que les particules ont des dimensions moyennes comprises entre une fraction de micron et vingt microns» 9) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 35 en ce que la puissance du champ magnétique produit par l'enroulement de chauffage par induction dépasse 100 oersteds et 70 44097 n 2070768 en ce que la fréquence du champ est comprise entre 2 MHz et 30 mzo 10) Article de fabrication eorstitué d'une matière génératrice de mousse à chaud, caractérisé en ce que la formation de mousse peut être produite et contrôlée par ©imposition au champ magnétique d'un enroulement ds chauffage par induction, ladite matière contenant dans au moins une partie de son volume de petites particules sensibles uniformément dispersées et d'une nature permettant leur échauffement rapide lorsqu'elles sont soumises à un champ dsinduetionc 11) Article suivant la revendication 10t caractérise en ce que les particules sensibles sont incorporées pratique™ ment à toute la masse de ladite matière® 12) Articl'e suivant la ravendieaticn "s05 caractérisé •an oe que la chaleur des particules sensibles provoque une vaporisation de la matière sotœ la forme dsun grand nombre de petites poches de gaz. 13) Article suivant la revendication 105 caractérisé en ce que la matière est placée entre deux éléments et5 lors de la formation de mousse, elle forme un adhésif qui as dilate de manière à remplir un intervalle de 3oint existant entre les éléments et par conséquent à les assemblero 14) Article suivant la revendication 10 8 ©ar-actérisé en ce que les particules sensibles appartiennent à au moins un des groupes comprenant les oxydes ferromagnétiques, les métaux les alliages et des mélanges de ces substances0 15) Article suivant la revendication 14, ©araetérisê en ce que les particules ont des dimensions moyennes comprises entre vingt et deux cents micronso 16) Article suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les particules sensibles se composent essentiellement d'oxydes ferromagnétiques0 17) Article suivant la revendication 16, caractérisé en ce que les particules ont des dimensions moyennes comprises entre une fraction de micron et vingt microns. BAD ORIGINAL