Brevet FR2132764A1 — publié le 19721124

La présente invention concerne la liaison thermique des matières thermoplastiques. Il est courant de former des articules en matière plastique en les fabriquant en deux ou plus de deux pièces ou cons-5 tituants qui sont ensuite liés ou assemblés pour former l'article complet. La possibilité d'assemblage dépend souvent de la vitesse et de l'économie avec lesquelles le traitement de liaison jfeut être effectué, tandis que l'utilité des articles terminés dépend dans une grande mesure de la résistance et d'autres carac-10 téristiques mécaniques des liaisons entre les éléments. Les éléments constitutifs de tels articles peuvent être réunis par des adhésifs. Cependant, l'utilisation des adhésifs est d'une part coûteuse et d'autre part, demande du temps. Comme les adhésifs sont habituellement appliqués à l'état liquide sur l'une 15 ou les deux parties à unir, leur application doit être étroitement réglée pour commander la quantité et l'épaisseur d'adhésif appliqué. L'opération de liaison est ralentie en raison du temps nécessaire pour le séchage de l'adhésif. Les frais représentés par les adhésifs liquides sont augmentés par des facteurs tels 20 que 1'enmagasinage de différents adhésifs compatibles avec différents types de matières plastiques, la durée de conservation en magasin des adhésifs et la manutention et le traitement nécessaires pour régler la viscosité et pour la protection par refroidissement. Pour ces raisons, on a cherché des procédés de Hiaison 2 5 ou de réunion thermique, en particulier dans le cas où les élé ments d'un article ont des caractéristiques thermoplastiques. Suivant certains procédés de liaison thermique, les éléments d'un article peuvent être chauffés jusqu'à l'état plastique par des techniques de transfert de chaleur classiques tel-30 les que le chauffage par convection ou par rayonnement. Cependant, le rendement du chauffage par convection et par rayonnement est si faible qu'il réduit les vitesses de production à des valeurs rendant ce type de chauffage impratiquable du point de vue de la fabrication. 3 5 En raison des inconvénients de la fabrication avec transfert de chaleur et avec des adhésifs, la tendance est à l'utilisation du chauffage indirect, par exemple par un champ 72 12293 -2 2132764 d'énergie indirecte. Typiquement ces procédés comportent l'utilisation d'une "matière à induction" ou "susceptor" pouvant être chauffée par de l'énergie indirecte, par exemple par un champ magnétique ou électrique haute fréquence. La matière à induction 5 est placée entre les éléments devant être unis et l'énergie indirecte est appliquée à la matière d'induction pour élever sa température ainsi que la température des parties en contact des éléments pour obtenir un soudage thermique. Ces procédés de fabrication ont l'avantage d'une vitesse élevée et d'un réglage pré-10 cis de la température, parmi d'autres caractéristiques. Four de nombreuses applications industrielles, il est désirable de réduire le nombre d'éléments à manipuler, ainsi que le nombre d'opérations de manipulation â des valeurs minimales. C'est particulièrement le cas quand la formation d'un article 15 a lieu sur des machines automatiques ou semi-automatiques à grande vitesse. Dans ce cas, la nécessité de préparer et de positionner la matière supplémentaire d'induction peut être un facteur nuisible et peut empêcher d'atteindre les buts désirables de vitesse et d'économie dans la fabrication. 20 La présente invention a pour objet un procédé perfec tionné pour la fabrication d'articles en matières thermoplastiques . Une caractéristique importante de l'invention est l'incorporation de la matière d'induction directement dans l'un des 25 éléments d'un article. Ce résultat peut être obtenu en utilisant une matière d'induction en particules, l'incorporation ayant lieu pendant la ferras . ion de l'élément. La nécessité de manipuler une matière séparée d'induction pendant le traitement final est ainsi éliminée ce qui permet d'augmenter la vitesse de la 30 fabrication et de rendre la fabrication plus économique. L'assemblage d'articles ne pouvant pas être formés économiquement d'une autre façon est ainsi possible. Une caractéristique de l'invention est le procédé pour la fabrication d'articles dans l'un ou plusieurs éléments 35 desquels sont disposées des matières en particules pouvant être chauffées par l'action d'un champ haute fréquence. L'élément ainsi traité est soumis au champ haute fréquence pour l'élévation de sa température. Les éléments de l'article sont ensuite COPV 72 12293 - 3 2132764 mis en contact pour l'établissement d'une soudure thermique dans les zones de contact. La liaison résultante est à la fois solide mécaniquement et inactive chimiquement. L'invention a aussi pour objet un article en matière 5 thermoplastique comportant des liaisons par soudage thermique ayant les caractéristiques désirables considérées ci-dessus. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d' exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel : 10 - la figure 1 est un schéma général montrant les éta pes successives de mise en oeuvre du procédé selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 représente schématiquement les étapes initiales d'un traitement de fabrication selcn un mode de mise 15 en oeuvre de l'invention, - les figures 3 er 4 représentent les étapes d'assemblage par le procédé selon l'invention ainsi qu'un article obtenu par ce procédé, - la figure 5 représente une étape finale de la fabri-20 cation par le procédé selon l'invention, et - la figure 5 représente une variante de mise en oeuvre du procédé et l'article obtenu suivant cette variante. Le procédé selon l'invention est illus Lré par- le dessin annexé e+- il est décrit ci-après en considérant la fabri-25 cation d'un récipient tufculaire ou flacon 10 à partir de deux éléments tubulaires en matière élastique. Comme le montre la figure 4-, le flacon 10 comporte une partie 12 formant le récipient et une partie de fermeture 14. La partie de fermeture 14 comporte une partie de diamètre réduit 16 qui est emmanchée dans le 30 récipient 12 auquel elle est fixée par soudage thermique pour l'assemblage du flacon. Le récipient 12 ou l'élément de fermeture 14, ou les deux, reuvenr contenir une matière d'induction en particules dispersées. Suivant le mode de mise en oeuvre de l'invention 35 donné à titre d'exemple, la partie de fermeture 14 contient particules dispersées qui sont susceptibles d'être chauffées par l'action d'un champ magnétique haute fréquence. ; C. - COPY 72 12293 2132764 Les étapes- de la fabrication selon l'invention sont représentées schématiquement sur la figure 1 et plus en détail sur les figures 2 à 5. L'élément ou les éléments contenant la matière d'induction en particules dispersées peuvent être for-5 mées de nombreuses façons. Far exemple, il est possible de préparer un concentré contenant une charge de particules d'induction en particules supérieure à la charge désirée pour l'élément terminé. Ce résultat peut être obtenu, par exemple, par malaxage d'une matière thermoplastique granulaire sèche sous la forme de 10 pastilles et de matière d'induction en particules sur des cylindres chauffés. Le produit résultant peut être mis en feuille mince sur Les cylindres et être ensuite découpé pour faciliter la manutention. Le concentré ainsi préparé peut être envoyé directement au dispositif formeur de l'élément d'article, par exem-15 pie l'extrudeuse mentionnée ci-après, en quantité mesurée par rapport à la matière thermoplastique non chargée afin que l'élément terminé contienne la quantité voulue de matière d'induction en particules dispersées. Les étapes successives de la fabrication représentées 20 schématiquement sur la figure 1 sont les suivantes. A l'étape 1, la matière d'induction en particules est dispersée dans la matière thermoplastique. A l'étape 2, l'élément en matière thermoplastique est formé avec la matière thermoplastique contenant les particules dispersées. A l'étape 3, les éléments devant for- 2 5 mer l'article sont juxtaposés. A l'étape 4, cet ensemble est soumis à un champ hautre fréquence. A l'étape 5} les éléments sont rapprochés en contact pour mettre en oeuvre la liaison thermique. A l'étape 6, la liaison thermique est terminée. Suivant une variante de mise en oeuvre du procédé, 30 représentée à la figure 2, de la matière thermoplastique en grains 18 est contenue dans une trémie 20 et la matière d'induction en particules 22 est contenue dans une trémie 24, ces deux matières pouvant être mélangées l'une à l'autre dans un malaxeur 26. Four certains types de matières thermoplastiques et 3 5 de particules d'induction 22 utilisés, ce mode de mélange ou un mode de mélange analogue peut suffire. Pour d'autres types de matières thermoplastiques et pour d'autres degrés de 72 12293 5 2132764 dispersion, il peut être nécessaire de faire passer le mélange dans une extrudeuse et de granuler à nouveau la matière extrudée. Il est préférable d'introduire une matière d'induction en particules comportant un oxyde ferromagnétique choisi dans le 5 groupe constitué par ^e^O^ et CrO^ dans la partie de fer meture 14. Le FenCL gamma et le Cr0o ont été constatés particu-i o i lièrement utiles comme matières d'induction. L'utilité particulière des matières de ce type résulte de leur aptitude à conserver leur capacité de production de chaleur même quand elles sont 10 réduites à des dimensions inférieures au micron. L'utilisation de ces particules très petites facilite leur dispersion et la formation des éléments des articles. Pendant les essais, des particules ne dépassant pas 0,01 micron ont été utilisées. Ces particules peuvent être chauffées par un champ magnétique haute fré-15 quence. La quantité de particules de matière d'induction dépend à la fois du type de la matière plastique utilisée et de sa thermoplasticité, ainsi que du type des particules utilisées. Cependant, il est rarement nécessaire d'utiliser plus de 30 % en poids 20 des particules de matière d'induction par rapport à la matière thermoplastique et 10 % en poids est une quantité courante. Le mélange de matière thermoplastique et de matière d'induction en particules est passé à travers un dispositif de formage 28 tel qu'une machine à mouler ou une extrudeuse pour 25 obtenir un élément d'article tel que la partie de fermeture 14. L'élément d'article ainsi formé est juxtaposé avec l'autre élément ou les autres éléments de l'article, afin que les éléments soient contigus dans la zone à unir. Dans le cas du flacon 10, l'extrémité de la partie de fermeture 14 est introduite 30 dans le récipient 12 pour que l'embout 16 soit à l'intérieur de l'extrémité ouverte du récipient 12 de la façon représentée sur les figures 3 et 5. L'article tel que le flacon 10 ainsi assemblé est ensuite placé à l'intérieur d'un enroulement de chauffage par 35 induction haute fréquence 30. L'enroulement 30 est alimenté par une source de courant hautre fréquance 32 pour l'établissement d'un champ magnétique hautre fréquence à l'intérieur de l'enrou- 72 12293 7 2132764 d'un refroidissement auxiliaire par des jets d'air ou autrement. Bien que l'invention soit décrite ci-dessus à titre d'exemple en considérant la fabrication d'un flacon, il doit être compris que le procédé selon l'invention est utile pour un 5 grand nombre de fabrications. Il sera noté aussi que le mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus peut être modifié. Comme il a été indiqué ci-dessus, la matière d'induction en particules peut être chauffée diélectriquement (c'est-à-dire par échauffement dans un milieu formant diélectrique) par un champ électrique 10 haute fréquence établi entre deux électrodes en forme de plaques ou de demi-colliers 34 connectés à un générateur haute fréquence 3 6 de la façon représentée sur la figure 6. Les électrodes peuvent avoir une forme convenable pour s'adapter à la forme des é-léments de l'article fabriqué en localisant le champ électrique. 15 La matière d'induction en particules peut être un polymère halo-géné, tel que les polymères et les copolymères du chlorure de vinyle, du fluorure de vinyle, du chlorure de vinylidène et du fluorure de vinylidène. Suivant une autre variante, la séquence des étapes de traitement peut être modifiée. 20 Bien entendu la description qui précède n'est pas li mitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 72 12293 6 2132764 lement. Une plage de fréquences de 0,4- à 6 MHz a été constatée convenir pour ce qui est du champ magnétique. L'excitation de l'enroulement 30 établit un champ magnétique haute fréquence dans l'élément de fermeture 14-, ce champ provoquant dans les 5 particules d'induction 2 2 le dégagement de chaleur dans les particules 2 2 pour le chauffage et le ramollissement de la surface de l'embout 16 de l'élément de fermeture 14- à un niveau suffisant pour l'établissement d'une liaison par soudage thermique ou par fusion entre l'embout 16 et le récipient 12. Pour évi-10 ter le chauffage inutile de l'élément de fermeture 14, il est désirable de localiser le champ magnétique à la zone correspondant à l'embout 16, par exemple en utilisant un enroulement 30 d'une forme convenable. Si les éléments devant former l'article ne sont pas 15 préalablement mis en contact direct, ils peuvent être mis en contact a ce moment pour mettre en oeuvre le soudage de l'élément de fermeture avec le récipient. L'enroulement de chauffage par induction 30 est ensuite déconnecté du générateur haute fréquence 3 2 pour mettre fin au chauffage de ^élément de fermeture 20 14. En raison des rendements possibles avec le procédé selon l'invention, il suffit d'un temps bref pour le ramollissement nécessaire de l'élément de fermeture 14. Des durées de l'ordre de 0,1 seconde sont courantes. Les éléments de l'article sont maintenus en contact 25 jusqu'à un refroidissement suffisant pour la formation complète de la soudure. Si cela est désiré ou nécessaire, une pression peut être exercée sur l'extrémité supérieure du récipient 12, soit pendant soit après le- chauffage, pour aider à la venue en contact des éléments et à la formation de la soudure. Pour ai-30 der de façon supplémentaire la formation de la soudure, les éléments assemblés peuvent être refroidis par des jets d'air ou d'une façon analogue. De plus, il a été constaté qu'en raison des cycles rapides de chauffage et de la génération localisée de chaleur possible avec le procédé selon l'invention, des 3 5 parties de l'article restent souvent suffisamment froides pour pouvoir servir au refroidissement des zones de l'article dans lesquelles a lieu le soudage. Cela supprime souvent la nécessité 72 12293 2132764 REVENDICATIONS 1_. Procédé pour la fabrication d'articles par liaison thermique d'au moins un premier et un second éléments en matière thermoplastique caractérisé par la dispersion dans le premier élément en matière thermoplastique d'une matière pour le chauf-5 fagede ce premier élément par un champ haute fréquence, la soumission de ce premier élément à un champ hautre fréquence localisé pour le chauffer et pour amener sa surface à une température permettant le soudage thermique, le rapprochement du premier élément et du second élément en contact dans la zone à souder et le 10 maintien du premier élément et du second élément en contact jusqu'à ce que la soudure soit complètement formée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par la juxtaposition initiale des éléments de façon qu'ils soient con-tigus le long de la zone à unir. 15 3_. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé par l'application d'une pression le long de la zone à unir au moins après la soumission du premier élément au champ haute fréquence. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac-20 térisé par le refroidissement du premier élément et du second élément pour la formation complète de la soudure. _5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caracté risé par la formation initiale du premier élément en utilisant une matière thermoplastique et en dispersant dans celle-ci une 25 matière en particules pouvant être chauffée par exposition à un champ haute fréquence et en formant ensuite ce premier élément. 6^ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape Initiale comporte la dispersion de la matière en particules dans une partie sélectionnée de la matière thermoplastique 30 en quantité supérieure à celle désirée dans le premier élément formé, et ensuite l'addition d'une quantité supplémentaire de matière thermoplastique avant le formage complet du premier élément . 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce 35 que la formation du premier élément comporte la dispersion d'une 72 12293 9 2132764 matière en particules pouvant être chauffée par établissement d'un champ magnétique haute fréquence dans le premier élément. 8_. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la formation du premier élément comporte la dispersion d'une 5 quantité jusqu'à 30 % en poids de matière en particules dans la matière thermoplastique devant former le premier élément. _9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la formation du premier élément comporte la dispersion d'une quantité jusqu'à 10 % en poids de matière en particules dans la 10 matière thermoplastique devant former le premier élément. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par la soumission du premier élément à un champ magnétique d'une fréquence comprise entre 0,4- et 6 MHz. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, carac-15 térisé en ce que la matière en particules est en matière ferromagnétique choisie dans le groupe constitué par Fe202, Fe^O^ et Cr0„ . 12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la matière en particules est en matière ferro- 20 ,magnétique choisie dans le groupe constitué par Fe^O^ et CrO^- 13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé par la dispersion d'une matière en particules ayant une dimension minimale de particules de 0,01 micron dans la matière thermoplastique. 25 14. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la production du premier élément comporte la dispersion d' une matière en particules pouvant être chauffée diélectriquement par établissement d'un champ électrique haute fréquence dans le premier élément. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par la dispersion d'une matière en particules choisie dans le groupe constitué par les polymères et les copolymères du chlorure de vinyle, du fluorure de vinyle, du chlorure de vinylidène et du fluorure de vinylidène. "iS _16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par la dispersion d'une matière en particules de chlorure de polyvinyle. 17. Article manufacturé caractérisé par au moins un pre 72 12293 10 2132764 mier élément et un second élément en matière thermoplastique unis par une liaison thermique dans des zones contiguës, au moins l'un des éléments contenant une dispersion uniformer de particules d'une matière d'induction choisie dans le groupe constitué par 5 Fe203, FegO^-et Cr02- 18. Article selon la revendication 17, caractérisé en ce que la matière des particules est choisie dans le groupe constitué par Fe2®3 e't Cr02- 19. Article selon l'une des revendications 17 et 18, carac-10 térisé en ce que la matière en particules est en particules d'une dimension minimale de 0,01 micron. 20. Article selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que la matière d'induction en particules est présente en quantité jusqu'à 30 % en poids. 15 _23L. Article selon la revendication 20, caractérisé en ce que la matière d'induction en particules est présente en quantité jusqu'à 10 % en poids. 22. Article selon l'une des revendications 17 à 21, caractérisé en ce qu'il est un récipient creux formé d'un premier 20 élément et d'un second élément. 23. Article manufacturé caractérisé par au moins un premier élément et un second élément en matière thermoplastique unis par une liaison thermique dans des zones contiguës, au moins l'un des éléments contenant une dispersion uniforme d'une matière d' 2 5 induction en particules choisie dans le groupe constitué par les polymères et les copolymères du chlorure de vinyle, du fluorure de vinyle, du chlorure de vinylidène et du fluorure de vinylidène. 24. Article selon la revendication 23, caractérisé en ce 30 que les particules sont en chlorure de polyvinyle. 25. Article selon l'une des revendications 23 et 24, caractérisé en ce qu'il est un récipient creux formé d'un premier élément et d'un second élément.