Brevet FR2080682A1 — publié le 19711119

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication continue ou discontinue de corps saoulés alvéolaires à partir de polymérisats de styrène, avec réduction du temps de séjour minimal dans le moule. 5 Les polystyrènes alvéolaires sont généralement préparés à partir de particules de polystyrène préalablement expansées, c'est-à-dire qui ont déjà subi une expansion mais qui renferment encore des gonflants et sont, de ce fait, encore expansibles, de sorte que, dans des moules à double paroi comportant des pa-10 rois intérieures perforées, par introduction de vapeur d'eau pendant peu de temps, sous une pression de 0,5 à 1,2 atm. effect. les particules subissent une nouvelle expansion en même temps qu'elles s'agglomèrent par frittage, sous la pression d'expansion intérieure (pression de gonflement). La masse alvéolaire doit 15 ensuite rester dans lé moule jusqu'à ce que la pression intérieure (pression de gonflement), produite par la vapeur d'eau, les gonflants et l'air, et qui est égale à la pression qu'exerce la masse alvéolaire sur les parois du moule, ait diminué et jusqu'à ce que la température soit descendue à un point tel que le corps 20 moulé alvéolaire, une fois démoulé, c'est-à-dire prélevé du moule, présente la stabilité dimensionnelle voulue. Le temps minimal nécessaire à cet effet est appelé "temps de séjour minimal dans le moule". Pendant l'injection de vapeur d'eau et le refroidissement, il se produit un déplacement de matériau plus ou moins 25 prononcé vers la paroi du moule,de sorte qu*il se forme une "peau" assez dense à la surface de la masse alvéolaire. Cette "peau" entrave la réduction de la pression de la masse alvéolaire et entraîne ainsi des séjours relativement longs dans le moule. 30 Le temps de séjour minimal dans le moule constitue un fac teur décisif pour la capacité de production d'une installation donnée. C'est pourquoi il est des plus important de maintenir aussi court que possible le séjour minimal dans le moule. De plus, on a généralement intérêt à avoir une répartition de den-35 sité aussi régulière que possible dans le corps moulé alvéolaire étant donné qu'autrement on obtient par exemple, lors du découpage de plaques à partir de blocs alvéolaires, des plaques de qualité non uniforme. BAD ORIGINAL 71 05328 2 20806B2 La présente invention visait donc à mettre au point un procédé de préparation de corps moulés alvéolaires présentant une répartition de densité aussi régulière que possible, avec un temps de séjour minimal dans le moule aussi faible que pos-5 sible. Or on a trouvé qu'on peut résoudre ce problème en achevant l'expansion des particules de polymérisats de styrène thermoplas-tiques préalablement expansées, encore expansibles, par chauffage desdites particules à la vapeur» dans des moules non étanc3ies 10 aux gaz, présentant sur deux faces au moins une double paroi», ou (avec un mode opératoire continu) dans des canaux à parois intérieures perforées, à des températures supérieures au point de ramollissement des polymérisats de styrène, si l'on injecte dans le moule ou dans le canal, pendant la durée de la chute de 15 pression faisant suite au chauffage £, un gaz (de préférence de l'air) dont la pression initiale est comprise entre 0,2 et 1?5 atm. effect. et qu'on abaisse de façon continue jusqu'au messerA de démoulage à 0 - 0,2 atm. effect., autant que possible avec adaptation continuelle à la pression de gonflement de la masse al-20 véolaire décroissante. Il aurait pu paraître normal d'accélérer la réduction de la pression de gonflement par application d'une dépression, donc pour ainsi dire par aspiration des vapeurs et de l'air à 1'intérieur de la masse alvéolaire. Des procédés de ce genre ont en 25 effet déjà été préeonisésc On aurait donc pu s'attendre à oe que l'application d'une pression de l'extérieur prolonge le temps de "séjour minimal dans le moule„ De fait, c'est le contraire qui se produit î la pression de gaz ou d'air appliquée de l'extérieur empêche que la masse alvéolaire ne soit pressée contre les pa-30 rois du moule, de sorte que la vapeur d'eau peut s'échapper librement du corps moulé et que le refroidissement ainsi que la réduction de la pression intérieure (pression de gonflement) se •trouvent accélérés» En outres la transmission de chaleur directe de la paroi chaude du moule à la masse alvéolaire est diminuée 35 faute d'un contact direct entre ladite paroi et la masse. De ce fait, et par suite de la réduction rapide de la tension de vapeur, la formation d'une "peau" est moins prononcée et l'on obtient ainsi une densité plus uniforme du corps moulé alvéolaire, en outre la diffusion de la vapeur d'eau à travers la "peau" ou BAD ORIGINAL 71 05328 3 2000682 la zone extérieure, alors moins étanche aux gaz, se trouve davantage facilitée. On peut injecter tout gaz qui, dans les conditions de l'expansion, est inerte vis—à—vis de la 'natière plastique et vis—à— 5 vis de la .lachine. L'air est utilisé de préférence. Le présent procédé convient pour la préparation de blocs alvéolaires, mais il est également applicable à la fabrication de corps moulés dans des dispositifs d'expansion automatiques. On injecte dans ce cas, après avoir arrêté l'accès de vapeur, de 10 l'air (ou un autre gaz), dans les chambres à vapeur (chambres extérieures du moule à double paroi) qui communiquent avec l'intérieur du moule par les perforations ménagées dans les parois intérieures du moule. L'application du procédé selon l'invention offre un intérêt particulier pour la fabrication continue, en 15 soi connue, de bandes•alvéolaires. Dans ce cas, la vapeur et le gaz (air) sont injectés dans des chambres distinctes devant lesquelles on fait défiler le boudin alvéolaire. Dans les deux cas (procédé discontinu et procédé -continu), une seule injection de gaz de courte durée n'est pas suffisante 20 étant donné que, dans la pratique, le gaz s'écoule plus ou moins rapidement à travers des parties non-étanches du moule toujours existantes (phénomène qui est Même désirable pour permettre l'évacuation de la vapeur d'eau et de gonflant se dégageant de la masse alvéolaire). Aussi faut-il continuellement injecter de 25 nouvelles quantités de gaz. Bien que la pression de gaz dans le moule doive toujours être autant que possible égale à la pression de gonflement de la ^asse alvéolaire, tout au moins approximativement, à savoir avec des ucarts de 50 $ au maximum vers le haut et vers le bas, de préférence de moins de 10 £, et se 30 situer donc entre 0,2 et 1,5 atm. effect., de préférence entre 0,5 et 1,0 atm. effect., la pression de gaz nécessaire dans les conduites d'admission de gaz est plus élevée, le cas échéant même sensiblement plus élevée, suivant l'étanchéité du moule et les dimensions de la conduite d'admission. En règle générale, 35 elle ne dépasse cependant pas 5 atm. effect. Les temps de séjour minimaux réduits dans le moule pouvant être atteints par le procédé selon l'invention se situent entre 1 et 10 minutes, de préférence entre 2 et 6 minutes pour le mode opératoire continu et entre 5 et 50 minutes, avantageusement 71 05328 4 20806S2 entre 5 et 30 minutes»pour le mode opératoire discontinu. On décrira ci-après brièvement le principe du procédé continu et le dispositif pour sa mise en oeuvre en se référant au dessin schématique annexé, dont la figure unique est une vue en 5 coupe verticale du dispositif. la partie essentielle est constituée par le canal 1 que parcourt la masse alvéolaire, les parois supérieure et inférieure sont formées par la bande métallique 2 guidée par les rouleaux de renvoi 3» A la place de bandes, on peut également uti-10 liser, entre autres, des plaques mobiles ou des bandes transporteuses à maillons ; il importe uniquement que les parois soient mobiles. les parois latérales peuvent également être mobiles, mais de préférence elles seront fixes. Dans ce dernier cas, elles se-15 ront de hauteur relativement faible par rapport aux parois mobiles, et le côté faisant face au boudin alvéolaire sera lisse afin.que celui-ci ne subisse qu'un faible frottement au contact desdites parois. Elles peuvent être agencées de manière à conférer au boudin un profil latéral, tel que rainure et languette. 20 il va sans dire qu'on peut faire tourner le système d'un angle de 90° autour de l'axe longitudinal, de manière que les parois mobiles 2 se trouvent placées latéralement alors que les parois, de préférence fixes, contre, les petits côtés du canal, se trouvent en haut et en bas-. 25 les bandes défilent devant les chambres de pression 9 et ■ 5 reliées entre elles par paires, se faisant face, et obturent par rapport au canal 1, les chambres de pression (qui sont ouvertes vers le canal), mais toutefois pas de façon étanche aux gaz. les dimensions et le nombre des chambres de pression 5 montées 30 en série ininterrompue, le long du canal dans le sens d'avance, directement à la suite de la chambre 9» peuvent varier entre de larges limites, suivant les conditions données et les usages prévus. les particules de polymérisat préalablement expansées Sont 35 introduites par la trémie de chargement 4 et sont amenées à traverser la machine par les bandes 2 en mouvement. Dans la zone 6 où s'établit la pression, la vapeur introduite dans la chambre 7 et ayant pénétré dans'le canal à travers les bandes perforées, circule à contre-courant par rapport aux particules de polyméri- 71 05328 5 2030682 Les particules sont alors expansées davantage et s'agglomèrent entre elles par frittage en formant ainsi un barrage à la vapeur, de sorte que celle-ci ne peut s'échapper du canal par l'arrière. Il se forme alors un boudin alvéolaire qui, par suite 5 de la pression de gonflement, se coince entre les bandes qui avancent et est ainsi entraîné par ces dernières. Il passe ensuite devant la chambre 8 qui est reliée à un clapet de trop-plein 10. Ce clapet est réglé à une pression légèrement inférieure à la tension de vapeur régnant dans la chambre précédente 7 et à 10 la pression de gaz régnant dans la chambre suivante 9» De cette manière, on évite un mélange direct (sauf à travers le boudin alvéolaire) de la vapeur avec le gaz injecté dans la chambre 9. Dans la chambre 9» on injecte un gaz, de préférence de l'air, sous la même pression que celle de la vapeur amenée en 7, par 15 exemple sous 0,8 atm. .effect. Grâce à un joint prévu entre les chambres 8 et 9» le gaz injecté - exception faite de faibles pertes par le joint qui s'échappent par le clapet de trop-plein 10 - ne peut s'échapper que dans le sens d'avance des bandes et du boudin alvéolaire, en passant à travers toutes les chambres 20 de pression 5. Un gradient de pression s'établit automatiquement depuis la chambre 9 jusqu'à la dernière chambre 5. Etant donné que les bandes perforées défilent sans être serrées, c'est-à-dire sans joint contre les cloisons prévues entre les chambres, elles sont, suivant le rapport existant entre la pression d'air 25 et la pression de gonflement de la masse alvéolaire, ou bien pressées contre lesdites cloisons, ou bien elles s'écartent de celles-ci. Dans le dernier cas, du gaz s'échappe en proportions telles que la pression de gaz baisse jusqu'à ce au'e.lle soit égale à la pression de gonflement de la -nasse alvéolaire. Le 30 boudin alvéolaire agit donc comme soupape de réglage et fait que la pression de gaz corresponde toujours à la pression de gonflement. A la suite du refroidissement et des processus de .. diffusion, cette pression baisse progressivement jusqu'à la dernière chambre. 35 G-râce au matelas d'air qui se forme dans l'interstice déli mité, d'une part, par les bandes et, d'autre part, par les cloisons transversales ainsi que les listeaux de guidage longitudinal des bandes qui sont avantageusement prévus, les forces de frottement et, partant, les forces de traction dans la bande se trou 71 05328 e 2030682 vent sensible aient diminuées (pour des raisons de clarté lesdits listeaux ne figurent pas au dessin), la construction de la machine se trouve de ce fait simplifiée. En même temps, on constate toutefois également une diminu-5 tion du flottement entre le boudin alvéolaire et les parois de canal mobiles. Ceci est indésirable du fait que le boudin alvéolaire doit être entraîné par les parois mobiles du canal et doit se déplacer à la même vitesse que celles-ci. Pour qu'une pression puisse s1établir dans la zone 6, le boudin alvéolaire se 10 trouvant dans la deuxième moitié du canaLdoit pouvoir exercer une contre-pression adéquate, ce qui présuppose un certain frottement minimal entre le boudin et les parois mobiles. C'est pourquoi, les chambres de pression 5 ne vont pas jusqu'à l'extrémité du canal« En aval de la dernière chambref le gaz injecté 15 (air) peut s'échapper à travers les perforations des parois mobiles, de sorte que, dans la dernière partie du canal, le boudin alvéolaire s'applique directement contre les parois mobiles. Suivant la valeur de la pression devant être atteinte dans la soîie 6 9 cette dernière partie du canal, qui est exempte de mate-20 las-de gaz, peut être choisie plus ou moins longue. Des polymérisats de styrène, finement divisés, préalablement expansés et encore expansibles, s'obtiennent en général par polymérisation des monomères en suspension, en présence de gonflants, et par chauffage à la vapeur d'eau, avec agitation 25 des particules sphériques ainsi obtenues contenant entre 3 et 8 fa en poids de gonflant, et présentant un diamètre variant entre-0,1 et 6 mm. Le chauffage à la vapeur d'eau peut avoir lieu sous une pression allant jusqu'à 1 atm. effect. environ et exige alors en général moins d'une minute ; lorsqu'on opère sans pres-30 sion, il faut compter jusqu'à 5 minutes. Les polymérisats de styrène ainsi préalablement expansés se présentent sous forme de globules alvéolaires de diamètres compris entre 0,3 et 20 mm et 'de densités variant entre 10 et 50 g/1. Après un éventuel stockage intermédiaire, pouvant s'étendre à quelques jours, avec accès 35 d'air, . les globules peuvent être transformés en corps moulés ou en boudins alvéolaires d'une densité comprise entre 10 et 50 g/1, par expansion complète, c'est-à-dire par un nouveau chauffage de courte durée, soit dans des moules fermés non étanches aux gaz (procédé discontinu), soit dans un canal fermé sur 71 05328 7 2000652 quatre côtés et ouvert à une ou aux deux extrémités (procédé continu). Le procédé selon la présente invention convient cependant tout aussi bien pour le travail de polymérisats de styrène fine-5 Tient divisés, préalablement expansés et encore expansibles qui ont été obtenus par un mode opératoire différant de la méthode classique décrite ci-dessus. On peut, par exemple, imprégner de gonflants des particules de polymérisat de styrène préparées d'une façon quelconque, par exemple des granulés cylindriques 10 d'un diamètre de 2 à 6 mm, en les faisant séjourner au contact desdits gonflants. Après expansion, les granulés de ce genre peuvent présenter des diamètres allant jusqu'à 3 cm. Le mode opératoire, la forme, la densité, la teneur en gonflants et la taille des polymérisats de styrène, finement divisés, préalable-15 ment expansés et encore expansibles sont sans importance pour le travail selon la présente invention ; il s'agit uniquement que les polymérisats soient déversables et encore gonflables, ou expansibles. Par polymérisats de styrène, on entend le polystyrène et 20 les copolymérisats de styrène contenant, en liaison polymère, au moins 50 cjo en poids de styrène, de préférence au moins 70 jé en poids. Comme composants de copolymérisation, conviennent des composés copolymérisables à liaisons éthyléniques, par exemple 1' -méthylstyrène, les styrènes halogènes dans le 25 noyau, les styrènes alkylés dans le noyau portant 1 à 4 atomes de carbone dans le groupe alkyle, 1'acrylonitrile, le méthacry-lonitrile, les esters d'acide acrylique, d'acide méthacrylique ou d'acide fumarique et d'alcools en C^ à O-jq» ainsi que le butadiène ou des composés N-vinyliques, par exemple le N-vinyl-30 carbazole, la I\T-vinylpyridine, ou encore de faibles proportions (inférieures à 0,5 # en poids) de composés divinyliques, tels que le diacrylate de bucanediol ou le divinylbenzène. Les colymérisats de styrène comprennent également les polymères de styrène résistant aux chocs, que l'on obtient, par 35 exemple, par polymérisation de styrène ou de mélanges de styrène avec d'autres monomères copolymérisables à liaisons éthyléniques, en présence d'élastomères finement divisés, renfermant avantageusement des doubles liaisons copolymcrisables. 71 05328 8 2080682 les poids moléculaires des polymérisats de styrène, exprimés par l'indice K (H. Eikentscher, Cellulosechesie, tome 13 (1932), p. 58), varient,pour des produits appropriés aux usages industriels, entre 50 et 70 unités K. les polymérisats aux indices K, 5 inférieurs à 50»présentent de mauvaises caractéristiques mécaniques, ceux dont les indices K sont supérieurs à 70 sont difficiles à travailler, c'est-à-dire, dans le présent cas, qu*ils ne donnent que des produits alvéolaires de densité relativement élevée dans les conditions d'expansion usuelles. 10 Aussi bien pendant la préexpansion que pendant l'expansion finale, les polymérisats de styrène sont chauffés à des températures légèrement supérieures à leur point de ramollissement. Ceci est nécessaire pour assurer leur gonflement, les polymérisats ne doivent alors que gonfler, mais non pas fondre. Le point 15 de ramollissement (suivant Vicat) peut être déterminé selon la norme allemande LIU ÎT° 57 302. Pour les polymérisats de styrène généralement mis en oeuvre dans le procédé selon la_présente invention, il se situe en général entre 90 et 115°C. Comme gonflants, conviennent des liquides bouillant au-des-20 sous du point de ramollissement des polymérisats de styrène et ne dissolvant pas cés derniers, mais se' laissant répartir de façon"homogène dans le polymérisat de. styrène. On utilisera avantageusement les hydrocarbures, habituellement employés à cet . effet, comme le butane, le pentane, l'hexane, l'.éther de pétro-25 le, ainsi que des hydrocarbures halogénés, par exemple le chlorure de méthyle, le difluorodichlorométhane, le difluorométhan'e, le 1,2,2,-trifluoro-1,1,2-trichloréthane, le 1,1,1-trifluorétha-ne, le fluorure d'éthyle ou encore des mélanges desdits hydrocarbures. 30 II va sans dire que les particules de polymérisat de styrène préexpansées peuvent encore renfermer d'autres additifs, tels que des colorants, des charges, des stabilisants et des agents d'ignifugation, ces derniers produits pouvant être composés de différents constituants, par exemple de composés d'halogène, 35 notamment de brome, en combinaison avec des adjuvants à effèt synergique. EXEMPLE 1 A l'aide d'un dispositif de préexpansion continue du commerce» on fait préexpanser, jusqu'à obtention d'une densité de 71 05328 9 2030682 20 g/l, des particules de polystyrène d'un diamètre des perles de 1 à 2 mm, contenant environ 6 $> en poids de pentane co^me gonflant, et, après un séjour intermédiaire de 24 heures, on achève l'expansion dans un moule d'expansion de dimensions in-5 térieures 1 m x 0,5 m x 0,25 m, avec obtention de deux blocs. JLes conditions d'expansion finale sont dans les deux cas identiques (pression de la chambre à vapeur 0,6 atm. effect. ; durée du maintien de la tension de vapeur, 30 secondes). Le bloc 1 est soumis à l'expansion finale selon la méthode 10 traditionnelle, c'est-à-dire sans accès d'air subséquent. Le bloc 2 par contre est préparé selon la présente invention, c'est-à-dire que,directement après le chauffage (à la vapeur d'eau), on injecte de l'air à 0,7 atm. effect. dans le moule. En l'espace de 11 minutes, on abaisse la pression d'air à 15 0,05 atm. effect. Conformément à la chute de la pression de gonflement de la masse alvéolaire à laquelle il fallait s'attendre , cette chute peut être déterminée par un essai préliminaire sur le bloc non mis sous pression, entre autres à l'aide d'un élément manomètrique monté dans la paroi du moule. 20 On constate des différences quant à la répartition des den sités. Pour le bloc 1, les valeurs extrêmes s'étendent de 21 •Z 'Ty kg/m aux bords jusqu'à 15,2 kg/m" dans la partie centrale. Pour le bloc 2, les valeurs extrêmes se situent entre 19,3 et 17,5 kg/m . Les variations des densités au sein d'un bloc sont donc 25 abaissées à moins d'un tiers par rapport au mode opératoire tradit ionnel. Le temps de séjour minimal dans le moule est également différent. Pour le bloc 1, il s'élève à 16 minutes environ, pour le bloc 2 à seulement 11 minutes. Comme temps de séjour minimal 30 dans le moule (ou durée d'abaissement de la pression) on considère dans le présent cas le temps, calculé depuis la fin de l'admission de vapeur, au bout duquel la pression de gonflement atteint la valeur de 0,05 atm. effect. EXEMPLE 2 35 On utilise une machine, représentée au dessin annexé, pour la production continue de joncs ou boudins de polystyrène alvéolaire, et dont les caractéristiques sont les suivants : BAD ORIGINAL 71 05328 10 2080682 „ Longueur totale du canal 1 dont longueur de la zone de réduction de pression (faisant suite à la chambre intermédiaire 10) 8,2 m 5,1 m 0 Hauteur du canal (- épaisseur du boudin alvéolaire produit) 3 cm 50 cm o Largeur du canal On règle à 3 m/ ruinute la vitesse à laquelle les bandes se déplacent, à 0,6 atm0 effect» la tension de vapeur dans la chambre à vapeur 7, à 0,55 at-ru effect. le clapet de trop-plein 10 et à 0,7 atm. effect. la pression d'air dans la première chambre de pression 9° Par1 la trémie de chargement 4, on fait arriver en continu des perles de polystyrène d'une densité de 15 g/1» On obtient un boudin de polystyrène alvéolaire bien soudé et d'une bonne stabilité dimensionnelle. A l'aide d'un filament se déplaçant avee le boudin, on le découpe en morceaux de longueur quelconque» La construction de machines comparables de type classiques donc sans chambres de pression 9 et 5, est bien plus compliquée et coûteuse, 'étant donné que les bandes doivent absorber la totalité de la pression de gonflement, que les machines exigent un plus grand entretien et une plus grande surveillance et n'ontj pour des dimensions identiques? qu'une capacité de production des 2/3 environ. BAD ORIGINAU 71 05328 11 2080682 REVENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication continue ou discontinue de corps moulés alvéolaires à partir de polymérisats de styrène finement divisés, préalablement expansés et encore expansibles 5 par chauffage desdits polymérisats à la vapeur d'eau, dans des moules non étanches aux gaz, présentant sur deux côtés au moins line double paroi, ou dans des canaux à parois intérieures perforées, à des températures supérieures au point de ramollissement des polymérisats de styrène, ce procédé étant caractérisé par 10 le fait que pendant la durée d'abaissement de la pression faisant suite au chauffage, on injecte dans le moule ou dans le canal, un gaz dont la pression initiale est comprise entre 0,2 et 1,5 atm. effect. et l'on abaisse en continu jusqu'au moment du démoulage, à 0 - 0,2 atm. effect., autant que possible avec 15 adaptation continuelle à la pression de gonflement décroissante de la masse alvéolaire. 2. - Procédé de fabrication de corps moulés alvéolaires suivant la revendication 1, dans lequel le gaz injecté est de 1'air. 20 3. - Dispositif de mise en oeuvre continue du procédé selon la revendication 1, comportant un canal à au rnoins deux parois mobiles perméables aux gaz qui défilent devant une zone de chauffage et ensuite devant une zone de refroidissement, ainsi qu'une trémie de remplissage pour les granulés de matières plastiques 25 à introduire dans le canal, ce dispositif étant caractérisé par le fait que sur le côté, opposé au canal, des parois mobiles perméables aux gaz, dans la zone de réduction de pression, sont montées en série dans le sens d'avance, des chambres de pression fixes ouvertes vers le canal.