Brevet FR2130689A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un moule pour fabriquer des pièces en matière plastique par un processus dans lequel une réaction thermique se produit pendant l'introduction de la matière à mouler dans le moule ou peu après. 5 Lors de la fabrication de pièces en matière plastique par coulée, injection ou formation d'une mousse dans un moule, les moules utilisés doivent généralement avoir une température déterminée au moment de l'introduction de la matière à mouler, et ils doivent conserver cette température avec le moins d'écarts possible jusqu'au démoulage. Cela est parti-10 culièrement le cas pour la fabrication de pièces moulées par le procédé. dit "de coulée d'un mélange réactionnel", pendant lequel se déroule, à l'intérieur du moule, une réaction chimico-thermique provoquant un changement temporaire de la température du moule si l'on ne prend pas de-mesures particulières pour l'éviter. 15 Jusqu'à présent, les moules sont maintenus à une température constante au moyen d'un véhicule de. chaleur liquide, par exemple de l'eau ou une huile, qui circule à travers des canaux ou des chambres prévus dans le moule. En cas de production de chaleur par ï-i réaction, le véhicule 20 de chaleur évacue une partie de la chaleur excédentaire du moule, dans le but d'éviter une augmentation indésirée de la température. De façon analogue, le même véhicule de chaleur empêche le refroidissement du moule entre les réactions chimiques par un apport de chaleur au moule. Pour réaliser ce transport de chaleur alternant, tantôt 25 depuis le moule tantôt vers celui-ci, le véhicule de chaleur utilisé dans le procédé habituel décrit ci-dessus est pompé à travers un appareil régulateur se trouvant en dehors du moule et dans lequel ce véhicule est échauffé ou refroidi selon les besoins pour le maintenir avec autant de précision que possible à la température de consigne, et pour maintenir ainsi la température 30 du moule à une valeur constante. t Bien que ce procédé habituel donne des résultats satisfaisants, il a l'inconvénient qu'il faut prévoir au moins deux tuyaux pour la circulation du véhicule de chaleur entre le moule et l'appareil régulateur de la température du véhicule de chaleur. Cet inconvénient est particulière-35 ment grave pour la fabrication en masse de pièces moulées, pendant laquelle on utilise habituellement un grand nombre de moules transportés dans un circuit fermé au moyen d'un système de transport quelconque, dans un but de I 72 10493 2 2130689 rationalisation de la fabrication. En effet, ces tuyaux posent des problèmes d'étanchéité car les arrivées et les sorties par rapport au système de transport doivent s'effectuer par l'intermédiaire de raccords glissants. 5 Le but de l'invention est de réaliser un moule ne néces sitant ni des tuyaux ni un appareil régulateur. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que la cavité de moulage du moule est entourée par des chambres contenant une matière fusible ou évaporable dont la quantité est adaptée 10 à la réaction thermique. La chaleur de transformation d'état physique, c'est-à-dire la chaleur nécessaire ou la chaleur dégagée lors du passage d'un état physique à un autre de la matière contenue dans les chambres, maintient l'équilibre du bilan thermique désiré du moule. S'il s'agit de réactions exothermiques, l'invention prévoit 15 que la quantité de la matière changeant d'état physique a une chaleur de transformation qui correspond à la quantité de èhaleur dégagée pendant la réaction. On obtient ainsi que, pendant la réaction exothermique, la température maximale du moule ne dépasse pas la limite du point de fusion, de l'intervalle de fusion ou du point de vaporisation de la matière utilisée, 20 grâce au fait que la chaleur développée par la réacti.oij chimique est consommée pour le changement de l'état physique de cette matière, de sorte que cette quantité de chaleur supplémentaire ne peut pratiquement pas entraîner l'augmentation de la température du moule. Si la réaction se déroulant à l'intérieur du moule est 25 endothermique, l'invention prévoit que la matière dont l'état physique va changer est au départ à l'état présentant un potentiel énergétique plus élevé, et que la quantité de cette matière est telle que sa chaleur de transformation corresponde au moins à une partie de la chaleur consommée pendant la réaction endothermique. On obtient ainsi que, pendant le dérou-30 lement du processus endothermique dans le moule, la température de celui-ci est maintenue pendant un certain temps au point de solidification, dans l'intervalle de solidification ou au point de condensation de la matière changeant d'état physique, si bien que la quantité de chaleur nécessaire pour le processus endothermique dans le moule est fournie par la chaleur 35 dégagée lors du passage de ladite matière d'un état physique à l'autre, et que cette quantité de chaleur nécessaire ne peut pratiquement pas entraîner la diminution de la température du moule. 72 10493 3 2130689 Selon un mode de réalisation particulier d'un moule suivant l'invention, des chambres séparées contiennent des quantités déterminées de deux matières A et B différentes qui sont séparées l'une de l'autre et qui sont destinées à changer d'état physique, de manière que, lors d'une 5 réaction exothermique, la chaleur de transformation de la matière A assure que la température du moule ne dépasse pas une valeur maximale et que, lors du refraidissement naturel subséquent, la chaleur de transformation de la matière B assure que la température du moule ne dépasse pas une valeur minimale. 10 Ainsi, l'action exercée sur le moule de l'extérieur peut être limitée à l'apport d'une telle quantité de chaleur, effectué à la fin d'un cycle, que la matière B passe à nouveau à l'état présentant le potentiel énergétique plus élevé, une intervention sur la matière A n'étant pas nécessaire. Dans une exploitation suivant l'invention du changement de l'état 15 physique d'une matière entre l'état solide et l'état liquide et inversement, il est préférable que les chambres contiennent, en plus de la matière fusible, un liquide de plus faible densité produisant une action désoxydante sur la matière fusible. Ce liquide a pour but, d'une part, d'empêcher ou de limiter l'oxydation de la matière fusible et, d'autre part, d'améliorer 20 " le transfert thermique entre le moule et la matière fusible solidifiée par le fait que ce liquide remplit les fissures se formant par la contraction de la matière fusible lors de sa solidification. Un tel liquide' améliore considérablement le trans fert thermique. Les chambres sont de préférence équipées de fenêtres d'observa-25 tion. Ces fenêtres permettent l'observation du changement de l'état physique de la matière contenue dans les chambres, ce qui permet une commande ou une régulation plus adéquate des dispositifs de chauffage ou de refroidissement montés en dehors des moules. Un moule suivant l'invention convient pour la fabrication de 30 pièces moulées de matières chimiques brutes les plus diverses, pour lesquelles le processus de moulage peut être soit endothermique soit exothermique, par exemple des matières à base de polyuréthanne, de résine époxy, de résine de polyester ou de caoutchouc silicone. Les matières fusibles destinées au remplissage des chambres 35 peuvent notamment être des métaux élémentaires ou des alliages à deux ou davantage de composants des éléments bismuth, étain, plombs cadmium, indium, antimoine, zinc, dont le point de fusion peut être ajusté dans une plage 72 10493 4 2130689 importante, suivant les besoins de chaque application, ou alors des composés chimiques organiques ou inorganiques. La paraffine, d'un point de fusion de 54°C et d'une chaleur de fusion de 35,1 kcal/kg, convient particulièrement pour les moules destinés à la fabrication de pièces en mousse de polyuréthane. Les matières évaporables pour le remplissage des chambres peuvent notamment être des hydrocarbures. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique, en élévation latérale, d'une installation à bande pour la fabrication continue de pièces moulées; et - la figure 2 est une coupe verticale d'un moule. La figure 1 montre des réservoirs 1 et 2 contenant chacun un composant, un isocyanate et un polyol, qui s'écoulent de ces réservoirs dans un appareil de dosage 3 qui les introduit dans une tête mélangeuse 4. Depuis celle-ci, le mélange est introduit dans des moules 5 disposés sur une bande de transport 6. Avant leur remplissage, les moules 5 sont préchauffés jusqu'à une température déterminée au moyen d'un dispositif de chauffage 7. La température des moules 5 est contrôlée au moyen d'une sonde 8. La figure 2 représente l'un des moules 5 à plus grande échelle. Ce moule se compose d'un châssis inférieur 9 et d'un châssis supérieur 10 qui sont reliés l'un à l'autre par une charnière 11. La cavité de moulage 12 est déjà remplie par la pièce moulée 13 dont le moussage est terminé. Le châssis inférieur 9 et le châssis supérieur 10 du moule présentent chacun des chambres 14 contenant, comme matière fusible 15, un alliage de Wood, ayant un point de fusion de 65°C et une chaleur de fusion d'environ 7,8kcal/kg. La température optimale du moule pour le mélange choisi pour la fabrication de la pièce en matière plastique est également d'environ 65°C. Les orifices de remplissage 16 contiennent un liquide 17 qui remplit les fissures se formant dans la matière fusible 15 pendant la solidification de celle-ci et qui assure ainsi un meilleur transfert thermique entre cette matière 15 et le moule 5. Le châssis supérieur 10 est pourvu d'une fenêtre d'observation 18. 72 10493 5 2130689 L'installation représentée sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante : On fait tout d'abord circuler les moules 5 au moyen de la bande 6 en les échauffant par le dispositif de chauffage 7, jusqu'à ce que la 5 sonde 8 indique une température d'environ 63°C; par un ajustement manuel ou par une régulation automatique, la puissance du dispositif de chauffage 7 peut ensuite être ramenée à une puissance qui compense les pertes de chaleur. Lorsque cet état d'équilibre est atteint, la tête mélangeuse 4 commence à remplir les moules 5 de mélange réactionnel à la cadence de 10 transport de la bande 6. La réaction chimique, commençant dans chaque moule 5 après une durée dite "de démarrage", développe une quantité de chaleur qui porte tout d'abord la cavité de moulage 12 proprement dite au-delà de la température de 63°C préalablement ajustée, et qui commence ensuite à faire fondre le métal de Wood 15 contenu la chambre 14 à proximité immédiate de 15 la cavité 12. La consommation comme chaleur de fusion de la quantité de chaleur développée conduit, grâce à l'effet du point d'arrêt de la courbe de fusion du métal 15, à la stabilisation de température exploitée par l'invention, de sorte que la température maximale d'environ 65°C pour les moules 5 du présent exemple n'est pas dépassée, à condition que la quantité 20 de métal de Wood soit suffisante. Pendant la phase de durcissement, c'est-à-dire après la réaction exothermique, la dissipation continue de la chaleur du moule 5 par sa surface conduit progressivement à la solidification du métal de Wood 15, jusqu'à ce que la température descende finalement au-dessous du point 25 d'arrêt de la température. Par une ventilation dirigée sur les surfaces des moules ou par un échauffement dosé au moyen du dispositif de chauffage 7 on agit sur le processus de manière que les moules 5 aient à nouveau la température d'environ 63°C au moment où ils arrivent au poste de remplissage. Exemple pour calculer les chambres prévues suivant l'invention : 30 Données Charge de mélange réactionnel pour une opération de moulage 175 g Chaleur spécifique de réaction % 50 cal/g Poids du moule en métal léger gAI = 6 500 g Chaleur spécifique de l'alliage de métal léger °A1 = 0,215 cal/g/degré Point de fusion de l'alliage de bismuth Schm 65°C Chaleur de fusion de l'alliage de bismuth J = Schm 7,8 cal/g 72 10493 6 2130689 10 Densité de l'alliage de bismuth if _ n _ , 3 (à l'état solide) " 9'7 g/cm Température minimale théoriquement admise ^, = 63°C du moule Température maximale théoriquement admise ^ = 65°C du moule A déterminer : Quelle quantité d'alliage de bismuth doit être incorporée dans le moule pour obtenir la stabilisation de la température à 65°C ? Solution : Chaleur de réaction QR = • qR = 175 • 50 = 8750 cal Quantité de chaleur nécessaire pour échauffer le moule en métal léger QA1 = GA1 ' °A1 ' = 6500 ' °'215* 15 Quantité de chaleur devant Être transformée en chaleur de fusion dans le cas limite Q , = Q*, - Q., = 8750-2800 = 5950 cal sch R Al La quantité d'alliage de bismuth nécessaire correspond à : 20 QSch 5950 GSch « —— = 2^ ^Sch 7,8 Le volume de l'alliage de bismuth à prévoir correspond à : 25 „ GSch 763 „ 2 sch - r— = TT~" = 78j8 cm Sch y'' Pour obtenir un meilleur effet de stabilisation de la température, on prend en réalité une quantité de matière qui est supérieure à 30 celle déterminée ci-dessus pour le cas limite. Dans le présent exemple, on 3 choisit pour Vg ^ une valeur de 100 cm . Ce volume est réparti, par exemple, sur quatre chambres cylindriques ayant chacune un diamètre de 1,6 cm et une longueur d'environ 12,5 cm. La disposition des chambres dans le moule est telle que la 35 distance entre la cavité de moulage et la matière fusible contenue dans les chambres soit aussi petite que possible, dans le but d'obtenir un gradient de température minimal entre la cavité de moulage et les chambres. 72 10493 7 2130689 REVENDICATIONS 1 - Moule pour fabriquer des pièces en matière plastique par un processus dans lequel une réaction thermique se produit pendant l'introduction de la matière à mouler dans le moule ou peu après, caracté- 5 risé en ce que la cavité de moulage du moule est entourée par des chambres contenant une matière fusible ou évaporable dont la quantité est adaptée à la réaction thermique. 2 - Moule selon la revendication 1, destiné aux réactions exothermiques, caractérisé en ce que la quantité de la matière changeant 10 d'état physique a une chaleur de transformation correspondant à la quantité de chaleur développée pendant la réaction. 3 - Moule selon la revendication 1, destiné aux réactions endothermiques, caractérisé en ce que la matière changeant d'état physique est au départ à l'état physique présentant un potentiel énergétique plus 15 élevé qu'après le changement, et en ce que la quantité de cette matière est telle que sa chaleur de transformation corresponde au moins à une partie de la chaleur consommée pendant la réaction endothermique. 4 - Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des chambres séparées contenant des quantités déterminées de deux 20 matières A et B différentes qui sont séparées l'une de l'autre et qui sont destinées à changer d'état physique, de manière que, lors d'une réaction exothermique, la chaleur de transformation de la matière A assure que la température du moule ne dépasse pas une valeur maximale et que, lors du "refroidissement naturel subséquent, la chaleur de transformation de la 25 matière B assure que la température du moule ne dépasse pas une valeur minimale. 5 - Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les chambres contiennent, en plus d'une matière fusible, un liquide ayant une densité plus faible que cette matière et produisant 30 sur celle-ci une action désoxydante. 6 - Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les chambres sont équip&s de fenêtres d'observation.