Brevet FR2123540A1 — publié le 19720908

la présente invention concerne le moulage par injection et plus spécialement un procédé de moulage d'objets par injection d'une matière en mousse. Un procédé connu de moulage par injection de matières en 5 mousse consiste à faire fondre une matière de moulage par injection et à mélanger la matière avec un agent de moussage à une température suffisante pour faire mousser le mélange, mais à une pression supérieure à la pression de moussage du mélange de manière à empêcher sensiblement le mélange de mousser. D'une 10 manière idéale, le mélange est maintenu sous pression jusqu'à ce qu'il soit introduit dans un moule dans lequel le mélange, en parvenant dans la cavité du moule, se dilate et remplit ladite cavité. Avec les procédés ci-dessus, une difficulté est due en 15 pratique au fait qu'il est difficile de maintenir le mélange sous une pression suffisante pour l'empêcher de mousser dès qu'il atteint sa température de moussage. En général, il se produit une dilatation importante avant que le mélange soit à l'intérieur de la cavité du moule. Un moussage de la matière 20 avant qu'elle soit dans la cavité du moule 'donne habituellement un objet moulé dont la structure cellulaire est d'assez mauvaise qualité, en particulier lorsqu'il s'agit de mouler des objets relativement minces. En outre, ce procédé ne convient pas pour mouler des objets présentant une enveloppe ou peau externe 25 très dense, ma s s ive^» exempte de cellules et une âme de faible densité formée d'une structure cellulaire uniforme, qui sont souhaitables dans de nombreuses applications d'objets en matière mousse. Un autre procédé connu de moulage par injection d'une 30 matière mousse consiste à faire fondre une matière de moulage par injection et à mélanger la matière avec un agent de moussage à une température inférieure à la température de moussage de l'agent et à une pression égale ou inférieure à la pression de moussage du mélange, à introduire le mélange dans 35 la cavité d'un moule et, tout en introduisant le mélange, à le porter à la température de moussage ou à une température supérieure de manière à amorcer le moussage dudit mélange. 72 02997 2123540 Bien que le second procédé présente plusieurs avantages par rapport au premier, on a remarqué que lorsque le mélange est effectué à la pression de moussage du mélange ou à une pression inférieure, il se produit un certain degré de moussage 5 même si le mélange dans son ensemble n'a pas atteint la température de moussage de l'agent. Cela est dû. probablement à des "points chauds" qui apparaissent dans l'appareil de mélange, par exemple dans un plastificateur. De nombreuses propositions ont été faites pour mouler 10 par injection des objets ayant les propriétés indiquées dans l'avant dernier paragraphe. Le procédé le plus connu est celui dans lequel un mélange d'une matière résineuse moussable et d'un agent de moussage est chauffé au moins à la température de moussage dudit agent et est introduit ensuite dans un moule 15 expansible, le moule comporte un dispositif permettant de refroidir le mélange pendant que le moule est maintenu à l'état non déployé. En confinant le mélange dans la cavité du moule de plus petit volume et en refroidissant les parois du moule, la température de la partie du mélange qui est en contact avec 20 les parois refroidies du moule est abaissée au-dessous du point de ramollissement de la résine^tandis que la partie du mélange qui n'est pas en contact avec les parois reste au-dessus du ! point de ramollissement. Ainsi, il se forme une peau solidifiée qui ne subit sensiblement pas de moussage, puis le volume de t 25 la cavité du moule est augmenté et la partie interne du mélange peut mousser. Un autre procédé connu consiste à chauffer un mélange d'une résine|moussable et d'un agent de" moussage dans une chambre d'accumulation au moins à la température de moussage dudit 30 agent tout en maintenant le mélange sous une pression élevée (supérieure à la pression de moussage de l'agent ).dans la chambre d'accumulation. Ensuite, la chambre d'accumulation est reliée à un moule non expansible. la pression régnant dans la cavité du moule est maintenue à la pression atmosphérique ou à une 35 pression inférieure et les parois du moule sont froides, lors de l'établissement d'une communication entre la sortie de la chambre d'accumulation sous pression et la cavité du moule, le 72 02997 3 2123540 mélange chaud est injecté rapidement dans la cavité et "explose" contre les parois froides du moule en supprimant l'effet de l'agent de moussage dans les particules de la partie du mélange qui est la première à entrer en contact avec les parois du 5 moule. Cette "explosion" du mélange est due à la chute de pression considérable entre la chambre d'accumulation et le moule, la partie du mélange qui n'entre pas en contact avec les parois du moule peut mousser en entrant dans le moule. Ainsi, on obtient un objet ayant une couche externe ou peau n'ayant sensiblement 10 pas subi de moussage et une âme formée d'une mousse ou structure cellulaire. Tous les procédés connus jusqu'ici présentent des inconvénients qui ont empêché la production rentable d'objets moulés par injection de qualité supérieure ayant une peau externe non -] 5 cellulaire lisse de grande densité et une âme de faible densité formée d'une mousse uniforme. Dans certains cas, lorsque le mélange de moulage par injection est maintenu à la température de moussage ou au-dessus de cette dernière avant l'injection^ un moussage prématuré de parties du mélange avant, pendant 20 ou- immédiatement après l'injection donne une structure cellulaire médiocre de l'âme et une couche externe du produit final de qualité indésirable à cause des bulles ou vides nuisibles qu'elle comporte. Dans d'autres cas, lorsque le mélange chaud est introduit dans une cavité froide de volume restreint et 25 est empêché de mousser, la partie du mélange voisine des parois froides du moule peut se solidifier au-dessous du point de ramollissement de .la résine, de sorte que la partie interne ou âme, qui peut mousser par la suite, se dilate irrégulièrement et présente une structure cellulaire irrégulière de trop grande 30 densité. En outre, à cause de l'étape nécessaire consistant à maintenir le moule à un volume réduit pendant la solidification de la peau, la durée de séjour dans le moule de chaque objet est trop longue et contribue à un taux de production faible et par suite peu rentable. Un autre inconvénient de ce procédé 35 réside dans le fait qu'après la solidification de la résine à.la surface de l'objet avant déploiement de la-cavité du moule, il n'est pas possible de remplir entièrement la cavité déployée. 72 02997 4 2123540 Ainsi, les détails de la surface interne du moule ne sont pas reproduits avec précision sur la surface de l'objet terminé. En résumé, les procédés connus jusqu'à présent consistent à mélanger une résine moussable avec un agent de moussage et à 5 chauffer le mélange avant l'injection au moins à la température de moussage de l'agent,tout en empêchant le mélange de mousser. Ensuite, le mélange est injecté dans un moule qui est de préférence refroidi et expansible. Une partie du mélange est solidifiée à l'état sensiblement exempt de cellules, le volume de la 10 cavité du moule étant ensuite augmenté pour permettre le moussage du reste du mélange. Ainsi, le mélange d'injection est à sa température de moussage avant le début de la course réelle d'injection et il est nécessaire d'utiliser un appareil compliqué pour empêcher un moussage prématuré. Pour empêcher le moussage 15 du mélange dès qu'il parvient dans le moule de manière à former la peau désirée ou la couche externe massive, il est nécessaire d'utiliser un autre moyen pour maintenir le mélange sous pression dans le moule pendant un temps suffisant pour permettre la solidification de la peau. Outre le faible taux 20 de production, l'utilisation d'un tel appareil compliqué se répercute finalement sur le prix du produit terminé. la présente invention a pour objet de surmonter les inconvénients susmentionnés qui sont inhérents au procédé de moulage d'objets par injection d'une matière mousse présentant des 25 surfaces externes de grande densité, exemptes de cellules^ et une partie interne ou âme formée d'une mousse uniforme. Selon les caractéristiques essentielles de la présente invention, un procédé de moulage d'objets en matière mousse consiste à faire fondre et à mélanger une matière de moulage 30 par injection avec un agent de moussage à une température inférieure à la température normale de moussage dudit agent, à_ élever la température du mélange à un niveau au moins égal à de moussage la température normale/du mélange immédiatement avant l'entrée du mélange dans un moule, par exemple par la chaleur engendrée 35 en refoulant le mélange dans un canal qui oppose une résistance à l'écoulement du mélange, à introduire le mélange dans une cavité refroidie d'un moule expansible à un débit susceptible 72 02997 2123540 de remplir la cavité du moule pendant la période d'induction de l'agent de moussage, à désactiver ledit agent dans la partie du mélange qui est en contact avec les parois internes froides du meule avant la génération du gas de moussage et à augmenter 5 ensuite le volume de la cavité du moule et de la partie du mélange qui n'est- pas en contact avec les parois froides du moule. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limi-10 tatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : la figure unique représente sous forme simplifiée,. en partie en élévation et en partie en coupe, une forme d'appareil convenant pour la mise en oeuvre de la présente invention. 15 L'appareil utilisé pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention comporte un plastificateur 2 destiné à plastifier une matière de moulage par injection et un agent de moussage. et un moule 4 destiné à mouler des objets en matière mousse. Le plastificateur 2 comporte une enveloppe 6 délimitant une cham-20 bre 8 dans laquelle est logée une vis 10 destinée à plastifier la matière de moulage. Le plastificateur comporte en outre un orifice d'entrée 12 auquel est fixée une trémie d'alimentation 14 et un orifice de sortie 16 qui est équipé d'une buse d'injection 18. L'enveloppe 6 du plastificateur comporte un dispositif 25 20 de réglage de la température présentant des canaux 22 ménagés dans 1'enveloppe/pour transporter un fluide destiné à régler la température régnant dans la chambre 8 et par suite, la température de la matière en cours de plastification. L'enveloppe 6 du plastificateur est reliée par une extrémité 30 à un cylindre 24 dans lequel est logé un piston 26 fixé à la vis 10. La pression appliquée à la face arrière 28 du piston 26 déplace la vis 10 dans la chambre 8 axialement vers l1orifice de sortie 16 de manière à refouler la matière contenue dans la chambre 8 par l'orifice de sortie et dans le moule 4. 35 La vis 10 présente un prolongement 30 relié à une source d'énergie telle qu'un moteur électrique 31 destiné à faire tourner la vis 10 dans la chambre 8 du plastificateur. La rotation de 72 02997 2123540 la vis 10 dans la chambre 8 mélange intimement et plastifie la matière de moulage par injection et l'agent de moussage introduits dans la chambre 8 par la trémie 14. A mesure que la matière est plastifiée, elle est refoulée vers l'avant ou vers la gauche, 5 en observant le dessin, en direction de l'orifice de sortie 16. lorsque la buse d'injection 18 est fermée, la matière plastifiée s'aqcumule dans une zone 32 située devant la vis 10 et repousse la vis 10 vers l'arrière, le piston 26 reculant dans le cylindre 24. 10 Un organe d'actionnement 34 est fixé au prolongement 30 de la vis et est destiné à entrer en contact avec un interrupteur 36 à la limite de la course d'avance de la vis 10 pour mettre en marche le moteur 31^ de manière à amorcer la rotation de la vis 10. l'organe d'actionnement 34 est destiné en outre à 15 entrer en contact avec un interrupteur 38 à la limite de la course de recul de la vis 10 pour arrêter le moteur 31 et par suite la rotation de la vis 10. De plusr l'interrupteur 38 peut également provoquer le déplacement d'un distributeur à deux voies 40 pour le mettre dans la position représentée sur le des-20 sin dans laquelle il établit une communication entre le cylindre 24 et une conduite 42 de fluide sous pression;de manière à appliquer une pression à la face arrière 28 du piston 26 et à faire avancer la vis dans la chambre 8 du plastificateur. le moule comporte un premier élément 50 monté sur un plateau 25 fixe 52 et un second élément 54 porté par un plateau mobile 56. Un dispositif tel qu'un cylindre 58 est utilisé pour déplacer le plateau mobile et par suite le second élément 54 par rapport au premier élément 50 du moule, l'un des éléments 50, 54 présente un jet de coulée 60 qui relie la buse d'injection 18 à 30 une cavité 62 formée par les premier et second éléments du moule, le moule comporte des canaux 64 dans lesquels circule un fluide destiné au réglage de la température. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, le moteur 31 est mis en marche pour faire tourner la vis 10 dans 35 la chambre 8. Initialement, la vis 10 occupe la position représentée sur le dessin, c'est-à-dir-e la position avancée. Une matière de moulage par injection à l'état solide est introduite 72 02997 v 2123540 dans la chambre 8 par llintermédiaire de la trémie 14 et de l'orifice d'entrée 12. Un agent de moussage peut être introduit de la môme manière ou par une entrée séparée (non représentée). La matière de moulage par injection peut être constituée par exemple 5 par des pastilles de polypropylène saupoudrées d'azo-bis-formamide, ce dernier formant l'agent de moussage. La rotation de la vis 10 plastifie complètement la matière de moulage et l'agent de moussage en mettant le mélange à l1éxat fluide et en le refoulant vers l'orifice de sortie 16. La buse 10 d'injection 18 est fermée, ce qui provoque l'accumulation de la matière fondue, dans la zone 32 de la vis 10. Cette accumulation dé matière repousse la vis vers llarrière. La pression du fluide agissant sur la surface arrière 28 du piston 26 suppose au mouvement de recul de la vis 10. Une conduite 70 cle fluide sous près-15 sion est reliée au cylindre 24 par l'intermédiaire du distributeur 40. La conduite 70 comporte un limiteur de.pression 72 qui peut être réglé pour maintenir une pression prédéterminée dans la conduite 70 et,par suite,dans le cylindre 24. Lorsque la pression exercée par la matière accumulée devant la vis 10 20 surmonte la pression régnant dans la conduite 70, la vis 10 recule et poursuit ce mouvement à mesure qu'une quantité supplémentaire de matière s'accumule devant elle . La pression appliquée derrière la vis est préalablement, choisie de façon que la pression exercée sur la matière contenue dans la chambre du plas-25 tificateur soit supérieure à celle à laquelle la matière peut mousser. Ainsi, la contre-pression agissant sur lavis 10 empêche un moussage dans la chambre 8 pendant le processus de plastification. Le dispositif 20 de réglage de la température coopérant avec 30 le plastificateur maintient la matière contenue dans la chambre 8 à une température inférieure.à cel?Le. à laquelle l'agent de moussage est activé. Par conséquent, la matière contenue dans la chambre 8 est plastifiée à une température et une pression qui sont respectivement trop basse et trop élevée pour que la matière 35 puisse mousser pendant le processus de plastification. 3n poursuivant son mouver.xnt de recul, la vis 10 pousse 3.'organe 34 contre l'interrupteur 38, ce qui a pour effet df&rrê-i-Oi: le moteur et,par suite, le mouvement rotatif do la vis 10. Le plastificateur est maintenant à même de distribuer une quanti-40 té accumulée de matière d&fis la cavité d'un moule. Si le moule 4 et le plastificateur 2 nloni pas été mis préalablement e:a contact, on les réunit de manière que le jet de coulée 60 soit à proximité de la buse d'injection 18 et en alignement avec elle. Le distributeur 40 est mis dans la"position représentée 72 02997 2123540 sur le dessin dans laquelle il relie le cylindre 24 à la conduite 42 en enfonçant un bouton-poussoir 44 ou par un dispositif automatique déclenché par 1-' actionnement de l'interrupteur 38. la pression régnant dans la conduite 42 est sensiblement plus ele-5 vée que celle s'exerçant devant la vis 10 et par conséquent, elle a pour effet de pousser le piston 26 et la vis vers l'avant, la buse d'injection 18 est ouverte par un dispositif automatique (non représenté), et la matière se trouvant devant la vis 10 est chassée par la buse d'injection 18 et le jet de coulée 60 10 dans la cavité 62 du moule. l'orifice de sortie 16 du plastificateur comporte un canal de longueur et de diamètre convenables pour opposer une résistance par frottement à 1'écoulement} de manière à chauffer la matière refoulée par la vis 10 dans ledit canal, la chaleur transmise 15 à la matière par le canal de sortie est suffisante pour porter la matière à la température à laquelle l'agent de moussage atteint la température de moussage. En conséquence, après être passée dans le canal de sortie, la matière est à une température suffisamment élevée pour mousser. Toutefois, la matière est refoulée 20 dans la cavité du moule pendant un temps plus court que celui nécessaire pour le moussage. Ce temps dépend de la période d'induction de l'agent de moussage, cette période d'induction étant celle s'écoulant entre l'instant où la température de moussage est atteinte et le dégagement du gaz de moussage 25 par l'agent. Par suite, la période d'induction de l'agent de moussage est utilisée pour remplir sensiblement le moule de matière n'ayant pas subi de moussage. En venant en contact avec les parois froides de la cavité du moule, la partie du mélange située près des parois du moule est refroidie à une température 30 inférieure à la température de moussage de l'agent, mais de préférence à une température qui n'est pas inférieure au point de ramollissement de la résine, l'agent de moussage situé près des parois froides du moule est ainsi désactivé avant la fin de la période d'induction^tandis que le mélange reste de 35 préférence à l'état fluide. A la fin de la période d'induction de l'agent de moussage, la partie du mélange qui 11e touche pas les parois froides du 72 02997 9 2123540 moule commence à mousser et à se dilater, et il se produit simultanément une augmentation du volume de la cavité du moule. Etant donné que sensiblement la totalité du mélange reste à l1état fluide après la désactivation de l'agent de moussage se trouvant 5 près des parois du moule et jusqu'à ce que la dilatation de la partie interne se soit produite, tous les détails des parois internes du moule sont reproduits avec une grande précision dans l'objet terminé. lorsque la cavité du moule est remplie et que la vis 10 10 a atteint sa position la plus avancée, la buse d'injection 18 est fermée en isolant la cavité du moule, et l'interrupteur 36 entre en contact avec l'organe d'actionnement 34 pour mettre en marche le moteur 31 en faisant tourner ainsi la vis 10 et pour déplacer le distributeur 40 de manière à n'admettre dans le 15 cylindre 24 que la pression provenant de la conduite 70. D'après la description ci-dessus, il est évident que la durée de séjour pour produire un objet selon la présente invention. est beaucoup plus courte, étant donné que l'injection et la désactivation partielle de l'agent de moussage sont effectuées 20 pendant la période d'induction de l'agent de moussage, de sorte que dans le mode opératoire préféré, la phase de maintien du moule à l'état non déployé dans le but de solidifier la couche superficielle du mélange injecté est supprimée. Toutefois, étant donné que le moussage de la partie du mélange contenant 25 l'agent de moussage activé peut se produire sans retard, c'est-à-dire sans avoir à attendre qu'une solidification se soit produite, et pendant que sensiblement la totalité du mélange est encore à l'état fluide, on obtient un remplissage complet de la cavité du moule à l'état déployé et une mousse de structure 30 uniforme dans toute la partie interne de l'objet ainsi produit. L'exemple suivant est donné à titre illustrâtif et non limitatif de l'invention. Exemple Dans cet exemple, on ramollit et plastifie la matière à 35 faire mousser et à mouler dans une machine expérimentale de Lombard de 200 tonnes avec une capacité de 680,4 g, un diamètre du cylindre de 6,35 cm et un rapport de la longueur au diamètre 72 02997 10 2123540 de 24:1. les températures du cylindre sont les suivantes : la température de l'arrière est de 177°C, une partie voisine de l'arrière est maintenue à 182°C, la température du centre du cylindre étant de 188°C et la température régnant au voisinage 5 de la buse d'injection étant de 196°C. La machine d'injection fonctionne à une vitesse de la vis de 50 tours par minute et la contre-pression maintenue sur la vis est de 10,5 bars. la matière soumise au moussage et au moulage dans cet exemple 10 est un polystyrène résistant au choc (un polystyrène modifié par un caoutchouc) qui est disponible sous la marque déposée "Sinclair Koppers 535-60". L'agent de moussage est l'azodi-carbonamide qui est utilisé en une quantité de 0,4 $>. La période d'induction dépend naturellement de la température et de la matière 15 avec laquelle l'agent de moussage est utilisé et, dans le présent cas, on estime que.la période d'induction est d'environ 8 à 10 secondes. On la détermine en faisant mousser une composition contenant une matière plastique non pigmentée. Lorsque la matière ayant subi un moussage présente une surface jaune, cela prouve 20 que l'agent de moussage a été refroidi au-dessous de sa température d'activation avant qu'il ait effectué le moussage. La température de décomposition de l'agent de moussage est indiquée par le fabricant comme étant d'environ 200°0* Le moule est d'un type à plaque avec un écartement des sur-25 faces d'environ 3,3 mm à l'instant où la matière est injectée dans le moule et permettant une expansion réglée à une épaisseur-finale de 8,13 mm. La température du moule avant- l'injection de la matière plastique est de 24°C. Lorsque la matière a atteint les températures indiquées, la machine est mise en fonctionne-30 ment pour effectuer une course d'injection assurant une durée d'injection d'environ 1 seconde. La matière injectée est portée d'une température initiale de 196°C à une température de 221 °C en passant dans le moule par le canal restreint. Le moule est maintenu à 1'écartement de 3,3 mm pendant l'injection jusqu'à 35 environ 8,5 millisecondes avant la fin de la course d'injection. La pression régnant dans le moule pendant l'injection est d'environ 105 bars. Lorsque le dispositif de serrage est relâché, 72 02997 2123540 le moule peut se déployer jusqu'à 1'écartement final de 8,13 mm en 0,2 seconde environ. Il importe de noter que le moule est déplacé par l'action du piston ou autre dispositif mécanique pour être mis en position déployée et non pas par la force de 5 l'agent de moussage contenu dans la matière plastique. La pression régnant dans le moule à la fin de son expansion est d'environ 7 bars et juste avant l'expansion, on l'estime à environ 105 bars. La température de la surface de la matière plastique moulée à la fin de l'expansion est d'au moins 143°C, cette température 10 étant repérée 1,5 seconde environ après la fin de l'expansion. Au cours d'un autre essai effectué en utilisant les mêmes conditions opératoires, on détecte une température maximale de 154°C 1,9 seconde après la fin de l'expansion. Ces températures ont été mesurées au moyen d'un spectromètre à rayons infrarouges 15 immédiatement après l'ouverture du moule. Avec cette même matière, on a utilisé des températures du raoule s'élevant à 99°C et on a obtenu de bons résultats. La densité de la plaque moulée produite est d'environ 3 0,5 g par cm -. 20 Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 72 02997 2123540 REVEND!CATION Procédé de moulage d'objets par injection consistant à faire fondre une matière de moulage par injection et à mélanger la matière avec un agent de moussage tout en maintenant le mélange 5 au-dessous de la température de moussage dudit agent, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à porter le mélange à une température au moins égale à la température normale de moussage du mélange immédiatement avant l'injection dudit mélange dans le moule, par exemple par la chaleur engendrée en refoulant le 10 mélange dans un canal qui oppose une résistance à son écoulement , à introduire le mélange dans une cavité refroidie d'un moule expansible à un débit susceptible de remplir la cavité du moule pendant la période d*induction de l'agent de moussage, ce dernier étant désactivé dans la partie du mélange qui entre en contact 15 avec les parois internes froides du moule, et ensuite à augmenter le volume de la cavité du moule et à dilater la partie du mélange qui n'est paa en contact avec les parois froides du moule.