Brevet FR2132850A1 — publié le 19721124

, 2132850 La •présente intention concerne d'une façon générale des matières de moulage par injection et plus spécialement de nouvelles matières utiles pour mouler par injection des rrodèles à utiliser dans des procédés de moulage à la cire perdue. 5 Au cours des dernières aimées, des progrès ont été réalisés dans le domaine des matières pour modèles qui peuvent être moulées par injection de la même façon que des matières plastiques classiques telles que le polystyrène et qui peuvent être éliminées des moules solides produits par moulage à la cire perdue et 10 des moules-carapaces de la même manière que les. cires classiques. Ces progrès ont abouti à la mise au point de compositions thermo-.plastiques contenant de la cire dans lesquelles la cire est mélangée de préférence avec une ou plusieurs résines compatibles. De telles compositions sont décrites dans les brevets des Etats-Unis 15 d'Amérique K° 3 263 286 et ïï° 3 296 006". - .Les compositions décrites dans les brevets précités peuv&nt être moulées par injection avec application de chaleur et de pression sur des machines classiques à mouler des matières plastiques par injection pour former des modèles de coulée. Les modèles 20 réalisés avec les compositions à base de cire et de résines subissent une faible dilatation lorsqu'ils sont chauffés et ont la caractéristique de fondre en surface lorsqu'ils sont chauffés au chalumeau ou exposés à des températures comprises entre 8710 et 1093°C environ. A cause de ces caractéristiques, les modèles 25 peuvent être éliminés des moules à.la cire perdue et des moules-cars paces par chauffage par exemple par des processus d'élimination des cires par vaporisation instantanée, sans craquelage des moules. La présente invention concerne de nouvelles compositions 30 thermoplastiques contenant de la cire comme celles décrites ci-dessus qui améliorent les caractéristiques de moulage par injection de telles compositions. Les nouvelles matières pour modèles de la présente invention sont auto-lubrifiantes de sorte qu'il n'est pas nécessaire de lubrifier les moules à injection entre 35 de petites séries d'injections comme cela devait se faire jusqu'à présent. La nécessité de lubrifier les moules entre les injections en utilisant des matières classiques à base de cire 72 12615 2 2132850 et de résines exigeait l'attention constante d'un opérateur, la propriété auto-lubrifiante de r?H-iere de la présente invention permet de faire fonctionner ivaicr^atiquement la machine à mouler par injection sans que la présence d'un opérateur soit 5 nécessaire. La propriété auto-lubrifiante de la nouvelle matière a également réduit le nombre des modèles brisés au cours de leur éjection des moules. On a constaté que la nouvelle matière pour modèles de la présente invention peut être injectée à des températures plus 10 basses que précédemment. Par exemple, les compositions décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 263 286 précité sont injectées par exemple entre 66° et 71°C, tandis que les matières préférées de la présente invention peuvent être injectées à des températures d'environ 54-°0 ou moins, la nouvelle 15 matière peut être avantageusement injectée à des températures si basses que certains des granules individuels ne sont pas entièrement fondus et peuvent apparaître sous forme de particules individuelles dans les modèles mcrJés* -ai peuvent être utilisés de manière satisfaisante, i*applieatin.n de températures d'injee-20 tion plus basses réduit le risque de formation de "poquettes" ou de creux en surface dans les modèles moulés et permet de réduire la durée du cycle de fonctionnement de la machine d'injection. Etant donné qu'il n'est pas nécessaire de faire fondre complètement tous les granules individuels de la matière, la 25 capacité de la machine d'injection peut être accrue par rapport au volume de matière traitée par unité de temps. les matières pour modèles de la présente invention ont également de meilleures caractéristiques d'écoulement et assurent une moins grande occlusion d'air dans les modèles moulés, l'occlusion 30 de l'air dans les modèles de coulée peut être la cause de faibles parties de la surface qui peuvent se rompre lorsque les modèles sont soumis à un vide pendant la production de moules à cire perdue ou de moules-carapaces, lorsque cela se produit, la matière du moule peut pénétrer dans les modèles endommagés et les pièces 35 coulées qui sont formées dans les moules ont des surfaces rugueuses peu satisfaisantes."Ainsi, en éliminant l'occlusion de l'air dans les modèles, l'invention permet d'améliorer la qualité des 72 12615 3 2132850 pièces coulées qui sont. Réalisées en utilisant lesdits modèles. Ors atteint, ces avantages ainsi que d'autres en utilisant une matière pour modèles formée essentiellement d'un fluide sili coné mélangé avec une composition therraoplastique contenant une 5 cire, mculable par injection. Plus spécialement, la présente invention concerne une matière pour modèles comprenant essentielle ment au moins 0,0;' $ en poids d'un fluide siliconé mélangé avec une composition tliermoplastique moula ule par injection contenant au moins 10 $ en poids d'une cire. Les compositions thermoplasti 10 ques que l'on préfère le plus comprennent au moins en partie un mélange solidifié d'une cire et de résines compatibles comme celles décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 3 263 286 et 1° 3 296 006 précités. D'autres avantages et- caractéristiques de l'invention res-15 sortiront de la description détaillée qui-va suivre. Un composant principal de la nouvelle matière pour modèles est une composition thermoplastique contenant une cire qui peut être moulée par injection pour produire des" modèles fusibles à utiliser pour réaliser des moules solides à la cire perdue et 20 des moules-carapaces. La composition est moulable par injection de la manière usuelle en introduisant des granules de la composi tion d'une trémie dans le cylindre de chauffage d'une machine d'injection et en injectant la masse plastique ramollie par la chaleur à l'état fluide et sous forte pression du cylindre de 25 chauffage dans un moule fermé à partir duquel le modèle moulé est ensuite éjecté. Les modèles réalisés avec de telles compositions sont caractérisés par une faible dilatation volumique et par leur aptitude à être chauffés et fondus, les modèles pouvant être commodément éliminés des moules en matière réfractaire for-30 mes autour d'eux. Des compositions thermoplastiques moulables par injection du type décrit plus haut sont connues en pratique. Ces compositions sont formulées par exemple de manière à contenir au moins 10 en poids d'une cire pour obtenir les propriétés désirées 35 qui permettent de chauffer et de faire fondre les modèles .réalisés avec les compositions lorsqu'ils doivent être éliminés des moules en matière réfractaire. La ou les cires utilisées dans 72 12615 4 2132850 les formulation?; a ont ehoiuies dans la clasne dos suontances pisseuses fusibles présentant un état variant entre un état visqueux et un état solide et ayant un lustre cireux caractéristique, qui sont insolubles dans l'eau mais au moins partiellement solublos 5 dans les solvants organiques. Les uirus utiles se composent d1 une manière caractéristique de substances à poids moléculaire élevé et peuvent être classées en fonction de leur origine, par exemple des cires animales, des cires végétales, des cires minérales et des cires synthétiques. Les cires animales comprennent par exem-10 pie des matières comme l'huile de spermacétie,la cire d'abeilles, la cire de Chine, l'acide stéarique, etc. Des cires végétales utiles comprennent des matières telles que la cire de carnauba, la cire du Japon, la cire de Myrica, la cire de candélilla, l'acide laurique, etc. Le groupe des cires minérales comprend des 15 matières telles que l'ozocérite, la cire montan, la cérésine et les cires dérivant du pétrole telles que les cires microcristallines et les cires paraffiniques, etc. La classe des cires synthétiques comprend des matières telles que la cire produite par le procédé Fisher-Tropsch, la stéarone, la laurone, etc. 20 La ou les cires des compositions thermoplastiques sont com binées avec une résine pour conférer une certaine ténacité et pour assurer la résistance et la flexibilité nécessaires qui rendent possible le moulage par infection des compositions. Les résines préférées sont compatibles avec la cire, c'est-à-dire 25 que la résine peut être dissoute dans la cire à l'état fondu et la masse fondue peut être refroidie pour former un mélange solidifié de la cire et de la résine. Ces résines comprennent des résines vinyliques, plus spécialement des polymères d'éthylène et d'acétate de vinyle, l'éthylcellulose, etc. D'autres résines, 30 à la fois naturelles et synthétiques, peuvent être incorporées dans les compositions pour leur donner les propriétés désirées de stabilité dimensionnelle de faible^&ilatation et contraction thermiques et de fusion facile. Ces résines supplémentaires sont caractérisées de préférence par une dilatation volumique infé-35 rieure à 5 lorsqu'elles sont chauffées de 21 0 à 104°C, un point de ramollissement compris entre 54° et 121°C et la possibilité d'être chauffées pour former un liquide mobile de faible viscosité. 72 12615 2132850 Des résines naturelles utiles de ce type comprennent des colophanes polymérisées ou modifiées, des-dérivés de colophane par exemple l'acide, asiatique, etc. Des résines synthétiques utiles comprennent des résines de coumarone et d'indène, des gommes du type ester, 5 etc. Les compositions thermoplastiques peuvent également contenir des charges en quantités allant jusqu'à 50 fo en poids environ dans un but désiré quelconque, par exemple pour réduire le prix du produit, améliorer la stabilité dimenstonnelle, etc. 10 Une composition thermoplastique moulable par injection préfé rée est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 263 286 précité, dont la description est donnée à titre de référence dans le présent mémoire. La composition de la matière pour modèle de ce brevet a les caractéristiques suivantes : "15 - - (1) Un point de ramollissement déterminé par la méthode bille et anneau. E28-51 T) compris entre 99° et 104°e. (2") Elle est moulable par injection sur une machine classique "de moulage par injection de matière plastique à une température 20 comprise entre 54 et 120°C. (3) Elle fond immédiatement en surface pour former un liquide . de faible viscosité lorsqu'elle est soumise dans un four à des températures élevées comprises entre environ 871 0 et .: .. 1260:ob/./- ; :"- •• ; 25 On va donnër:ei^àprès" une formulation générale pour la compo sition de matière pour mdSèles présentant les propriétés ci-dessus: io en poids Résine vinylique 5-40 Cire " 10-50 30 Autres résines 30 - 70 Une composition plus spécifique est la suivante : io en poids Polymère d'éthylène et d'acétate de vinyle 5-40 Cire paraffinique 10-30 35 Autres résines 30 - 70 Une autre composition spécifique est la suivante : 72 12615 6 2132850 io en poids Polymère d'éthylène et d'acétate de vinyle 5 - 20 Cire synthétique très dure à point élevé de fusion 0 - 15 Mélange de cires dérivant du pétrole comprenant une cire paraffinique 15 - 35 Résine compatible 30 - 50 La composition suivante est de nature encore plus spécifique i en poids Colophane pâle modifiée extraite" au solvant de|souches de bois de pin 30 - 50 Copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle 5 - 20 Cire de Eisher-Tropsch 0 - 15 Cire paraffinique 10 - 20 Cire microcristalline > . 5 - 15 Pour préparer .les formulations ci-dessus, on peut introduire tous les ingrédients à l'exception de la résine vinylique dans une chaudière de fusion telle qu'une chaudière de fusion de cire 20 chauffée électriquement ou une chaudière chemisée, qui est capable de faire fondre et de chauffer les ingrédients à une température comprise entre environ 132° et 149°C. la résine vinylique est ajoutée ultérieurement aux autres ingrédients fondus tout en agitant et on poursuit le chauffage 25 pour faire fondre entièrement la résine vinylique et assurer un mélange uniforme. Ensuite, on refroidit la masse fondue pour former des blocs solides qui sont réduits ultérieurement en granules d'une grosseur qui permet de les faire passer de la trémie dans le cylindre d'injection d'une machine de moulage 30 -de matières plastiques par injection. Une autre composition thermoplastique moulable par injection convenable est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 296 006 précité dont la description est également donnée à titre de référence dans le présent mémoire, la composition de ***55 la matière pour modèles de ce brevet a la formulation générale suivante : . COPY 72 12615 7 2132850 Kthylee'.! lui oc g Cétone dérivée cl ' un acide />;ras Plastifiant la formulation ci-dessus sont choisies clans lu groupe coruprerant la laurone et la siésrone. Des plastifiants utiles comprennent des huiles végétales telles que l'huile de ricin, des esters, 10 l'alcool, hydroabiétyliaue, etc. Pour proparer la matière pour modèles, on fait fondre ensemble tout d'abord le plastifiant et la ou les cétones puis on ajoute 1'éthylcellulose tout en agitant et en chauffant. Après la dissolution de la totalité de»1'éthylcellulose, on laisse refroidir 15 la matière fondue semi-visqueuse et la réduit ensuite en granules d'une grosseur permettant de les faire passer de la trémie dans le cylindre d'injection d'une machine à mouler les matières plastiques par injection. 20 avec les granules d'une composition thermoplastique moulable par injection, contenant une cire, comme celles décrites plus haut, afin d'améliorer les caractéristiques de moulage par injection. On peut mélanger le fluide siliconé avec la matière granulaire solide de n'importe quelle manière convenable par exemple 25 en secouant les granules-'dans un tambour rotatif après avoir ajouté le fluide. On a obtenu des améliorations importantes des caractéristiques de moulage par injection en utilisant des matières comprenant les compositions thermoplastiques mélangées avec' une quantité 30 de fluide siliconé aussi faible que 0,03 $ en poids. On a également utilisé des matières pour modèles constituées par les compo-sitions thermoplastiques contenant une cire mélangée avec un fluide siliconé en quantités allant jusqu'à 6 °/o en poids de la matière et on a obtenu de bons résultats. Bien que l'on considère 35' comme possible d'injecter des matières contenant des quantités encore plue grandes du fluide siliconé, on a constaté que des additions supérieures à 6 c/o en poids n'.offrent pas d'avantages Selon la présente invention, on mélange un fluide siliconé COPY 72 12615 8 2132850 importants et peuvent contraindre les granules à former un pont dans la trémie de manière à rendre difficile l'introduction de la matière dans le cylindre de chauffage de la machine à mouler par injection» Il est généralement préférable d'ajouter le fluide 5 siliconé en quantités inférieures à 6 en poids à cause de son prix et du fait que les fluides siliconés contiennent des quantités relativement grandes de substances minérales qui sont gênantes dans les modèles fusibles. Les cendres formées par les substances minérales contenues dans des modèles fusibles ne peuvent pas être 10 facilement éliminées des cavités des moules par combustion lorsque les modèles sont fondus et des quantités importantes de substances minérales dans les modèles peuvent exiger un système spécial de coulée pour permettre aux cendres de s'échapper des cavités des'moules avec les modèles fondus. Une bonne plage 15 d'utilisation du fluide siliconé,dans laquelle on obtient les améliorations les plus importantes des propriétés de moulage par injection,est comprise entre 0,1 et 0,5 $ en poids environ de la matière pour modèles. Comme on le sait habituellement, la viscosité des fluides 20 siliconés varie beaucoup. Par exemple, un produit type disponible dans le commerce est obtenu à une viscosité quelconque comprise entre 0,65 et 1 000 000 de centistokes. Bien qu'on puisse utiliser des fluides siliconés ayant des viscosités comprises dans cette plage globale selon la présente invention, on a constaté que les 25 fluides ayant une très faible viscosité tendent à être volatils aux températures d'injection et que les fluides très visqueux sont difficiles à mélanger avec les granules solides. Une gamme préférée de viscosités est comprise entre 20 et 500 centistokes à une température comprise entre 54° et 121°C. 30 Dans un exemple donné à titre illustratif de l'invention, on prépare une composition granulaire pour modèles moulable par injection, ayant la formulation suivante, les pourcentages étant exprimés en poids : 43 $ dfune colophane polymérisée ("Poly-Pale Resin" vendue par 35 Hercules Po^de- Company) 9 i° de cire microcristalline ("Sun Wax 5825" vendue par Sun 011 Company 72 12615 2132850 1A de cire de Fisher-Tro]oCh ( "F-T 300" vendue par Dura Cosmodiiies Corporation) 19 ia de cire paraffinique ("Sun ¥ax 5512") 15 i3 d'un polymère d'éthylène et d'acétate de vinyle ("Elvax 5 Grade 250" vendu par E. I. dul-ont de ïlemours & Company, Inc.) On mélange un fluide siliconé avec la matière granulaire en la secouant dans un tambour rotatif. On ajoute le fluide en une quantité d'environ 0,3 . en poids du poids total de la matière résultante. Le fluide siliconé est un diméthylpolysiloxane vendu 10 par Dow Corning sous la marque déposée "Dow Corning 200 Pluid, type 350 centistokes", le fluide ayant une viscosité d'environ 260 centistokes à 54°C. On moule par injection la matière préparée selon cet exemple en utilisant une machine à mouler les matières plastiques par 15 injection de "Van Dorn fonctionnant à une pression d'environ 56 bars et à une température d'injection d'environ- 54°C pour former plusieurs modèles d'une pièce type du commerce convenant pour une fabrication par moulage à la cire perdue. Les modèles moulés par injection comporte le système d'alimentation. Les modèles 20 sont exempts de défauts tels qu'une occlusion d'air ou des creux en surface et on les a utilisé pour produire d'excellentes pièces coulées à la cire perdue. Le moulage par Injection a été effectué automatiquement sans graissage du moule entre les injections. D'après ce qui précède, Il est-évident que l'invention 25 concerne une nouvelle matière pour modèle ayant de meilleures caractéristiques de moulage par injection. Plus particulièrement, l'addition d'un fluide siliconé à une composition à base de cire et de résines, moulable par injection, lui assure une autolubrification qui rend inutile le graissage des moules entre les 30 injections et qui permet également d'abaisser les températures d'injection. L'addition du fluide siliconé permet également d'améliorer dans une large mesure les caractéristiques physiques des pièces moulées par injection en éliminant les occlusions d'air et les défauts de la surface par exemple. 35 Naturellement, l'invention" n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 72 126 i 5 10 2132850 REVEFDIC A. f:'l PUS 1. Matière pour modèles, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement au moins 0,03 i en poids d'un fluide siliconé mélangé avec une composition therrnoplasticjue moulable par injec- 5 tion. 2. Matière pour modèles selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité du fluide siliconé présent est comprise entre 0,1 et 0,5 en poids de ladite matière. 3. Matière pour modèles selon la revendication 1 ou 2, 10 caractérisée en ce que la composition thermoplastique est un mélange de cire et de résine. 4. Matière pour modèles selon la revendication 3, caractérisée en ce que la quantité du mélange de cire et de résine présent est d'au moins 50 i en poids de ladite matière. 15 5- Matière pour modèles selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la quantité de cire présente est d'au moins 10 io en poids dudit mélange. 6. Matière pour modèles selon l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisée en ce que la cire est au moins en 20 partie une cire paraffinique. 7. Matière pour modèles|selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la résine est constituée au moins en partie par un polymère d'éthylène et d'acétate de vinyle. 25 8. Matière pour modèlesjbelon la revendication 7, caractérisée en ce que la quantité du polymère d'éthylène et d'acétate de vinyle présents est comprise entre 5 et 40 io en poids dudit mélange. 9. Matière pour modèles selon là revendication 1 ou 2, 30 caractérisée en ce que la composition thermoplastique comprend au moins 50 i> en poids d'un mélange d'éthylcellulose et d'une cétone dérivant d'un acide gras. 10. Matière pour modèles selon la revendication 9, caractérisée en ce que la cétone dérivant d'un acide gras est constituée par 35 la laurone ou la stéarone ou les deux. 11. Matière pour modèles selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la quantité d'éthylcellulose présente 72 12615 n 2132850 est comprise entre 50 et 70 en poids de ladite composition et eu ce que la quantité de cétone dérivant d'un acide gras présente est comprise entre 20 et 80 en poids de ladite composition.