Brevet FR2114992A1 — publié le 19720707

L'invention est relative aux procédés de fabrication d'articles obtenus par moulage d'un matériau thermoplastique expan sible à la chaleur, par exemple de polystyrène expansible et plus particulièrement, mais non exclusivement, à la fabrication de coques de petits bateaux, ce bâtis de fauteils à oreillettes, et d'autres articles de relativement grandes dimensions. L'invention est également relative aux articles obtenus par de tels procédés. Le polystyrène expansible est fabriqué en incorporant du pentane, ou un autre agent gonflant a' base d'hydrocarbure volatil, à des perles de polystyrène. Les perles de polystyrène expansi bles sont moulées en commençant par prsexpanser les perles jusqu' à ce qu'elles aient atteint la densité requise pour l'article fini, en remplissant complètement un moule avec ces perles et en chauffant ensuite ces perles à l'intérieur du moule . La chaleur augmente la pression des gaz à l'intérieur des perles et ramollit la matière de manière que les perles se dilatent pour remplir les vides situés entre elles et se soudent entre elles pour former une structure cellulaire.Les moules sont en général chauffés en les plaçant dans un autoclave à vapeur, les parois de ces#moules présentent des ouvertures d'entrée pour l'introduction de la vapeur à l'intérieur des moules. Dans une machine de moulage automatique, les parois du moule constituent aussi une partie des parois des chambres de vapeur, les parois du moule présentent, d'une manière analogue, des ouvertures d'entrée pour l'introduction de vapeur à l'intérieur du moule. La résistance et la rigidité d'articles manufacturés en matière thermoplastique expansée dépendent du degré d'expansion du matériau et, jusqu'à présent, les perles de matière expansible ont été pré-expansées à la densité qui fournit la résistance nécessaire pour le minimum de poids du matériau. Conformément à l'invention, le procédé,pour la fabrication d'un article en matériau thermoplastique, consiste à enfermer des perles, expansibles à la chaleur, de ce matériau, à l'intétieur d'un moule et à chauffer ensuite les perles de manière à les souder entre elles, et il est caractérisé en ce que les perles sont disposées à l'intérieur du moule en deux ou plus de deux couches, les perles d'une des couches n'étant pas préexpansées ou étant moins pré-expansées que les perles d'une autre couche, de sorte que la partie de l'article formée par cette cou che de perles est plus dense et plus résistante que- -la partie de l'article formée par les autres couches de perles. En vue d'éviter toute variation brusque de densité qui pour rait créer une ligne de fragilité traversant l'article, les deux couches sont de préférence séparées par une couche intermédiaire dont la densité varie progressivement d'une valeur à peu près égale à celle de la couche la plus dense dans la partie de la couche intermédiaire immédiatement voisine de la couche la plus dense, jusqu'à une valeur à peu près égale à celle de la couche la plus légère dans la partie de la couche intermédiaire immédia tement voisine de la couche la plus légère. La couche intermé diaire peut, d'une manière avantageuse, être formée par un mé lange de perles de densité égale à celle des perles de la couche la plus dense et de perles de densité égale à celle des perles de la couche la plus légère. La couche de perles denses peut être disposée selon une bande étroite qui, à la solidiflcation du matériau dans le moule sous l'action de la chaleur, forme une nervure dense et dure s'étendant sur toute la longueur de l'article. La nervure fait alors partie intégrante du matériau formant le reste de l'article et donne de la résistance et de la rigidité à l'article. L'arti cle fini peut présenter plus d'une nervure ainsi formée d'un matériau plus dense que le reste de l'article. L'invention est particulièrement applicable à la fabrication de coques de petits bateaux qui nécessitent un maximum de résis tance et de rigidité pour un poids minimal. La nervure de ren forcement de matériau dense, ou l'une au moins de ces nervures, peut, d'une manière avantageuse, former le plat-iord de la coque qui est 1a partie de la coque la plus exposée à être endommagée par des heurts. Le matériau le plus dense des nervures est évi demment plus capable de résister aux heurts, sans dommages, que les parties de la coque faites en le matériau le moins dense. Pour la même raison, la quille de la coque peut également être formée du matériau le plus dense de manière à la fois à donner de la rigidité à la coque et à être mieux capable de résister aux heurts. Un moule pour le formage d'un article conforme à l'invention est de préférence constitué en un métal, par exemple un alliage d'aluminium, et muni de bouchons d'un matériau faiblement conduc teur de la chaleur, par exemple de nylon, disposés dans des ou vertures des parois du moule, ces bouchons comportant des orifices destinés à l'échappement de l'air, du gaz, de l'humidité et de la vapeur comprimés à l'intérieur du moule sous l'action de l'expansion des perles situées au centre du moule, à la fin de l'opération de moulage, ainsi qu'on le décrit et qu'on le revendique dans les demandes de brevets anglais n0 45717/68 et n0 28474/69 au nom du même déposant.Grâce à de tels bouchons,il y a peu ou pas de conduction calorifique de la paroi du moule aux perles sur la surface intérieure du bouchon, de sorte que ces perles ne se soudent pas avant l'expansion des perles situées au centre du moule et les ouvertures demeurent ouvertes pendant un temps suffisant pour permettre l'échappement du gaz et de l'humi- dité déplacés par l'expansion des perles. Les orifices ménagés dans les bouchons peuvent être raccordés à une pompe d'aspiration de la manière décrite dans la demande de brevet anglais n0 45717/ 68 au nom du même déposant, ou elles peuvent être utilisées pour introduire de la vapeur ou tout autre gaz chaud à l'intérieur du moule pour y échauffer les perles, de la manière décrite dans la demande de brevet anglais n0 28474/69 au nom du même déposant. L'invention est décrite plus en détail ci-après, à l'aide d'exemples illustratifs, mais nullement limitatifs, de réalisation en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe transversale d'une coque de bateau moulée en polystyrène expansé par le procédé conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe longitudinale du bâti d'un fauteuil à oreillettes, représenté à plus grande échelle que la coque de bateau, et - la figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif mélangeur destiné à être utilisé pour le remplissage d'un moule à l'aide de perles de polystyrène expansibles, pour la mise en oeuvre de l'invention. La coque du bateau représentée par la figure 1 est formée dans un moule comportant une coquille intérieure et une coquille extérieure réalisée en alliage d'aluminium et agencées pour être assemblées en délimitant entre elles un espace correspondant en dimensions à celles de la coque à mouler . Des bouchons de nylon sont disposés dans des ouvertures des parois des deux coquilles, ces bouchons, d'un diamètre d'environ 32 mm et espacés d'une distance entre-axes de l'ordre de 178 mm sur toute la surface des parois, étant munis de diverses fentes axiales pour l'introduction de la vapeur à l'intérieur du moule. Les bouchons sont d'une construction analogue à ceux décrits plus en détail dans la demande de brevet anglais n0 28474/69 au nom du même déposant. Le moule est disposé, quille en dessus et à peu près horizontalement, de manière que le plat-bord forme l'arête inférieure du moule. La partie, correspondant au plat-bord, du moule est tout d'abord remplie d'une couche de perles de polystyrène qui ont été préalablement pré-expansées dans une mesure relativement 3 faible, par exemple à une densité de 0,096 à 0,320 g/cm , de manière à former le plat-bord 10 du bateau. Les perles, à l'em- placement du plat-bord, peuvent , si on le désire, ne pas être pré-expansées, auquel cas la densité peut être approximativement 3 de 0,721 g/cm .La région du moule immédiatement voisine du plat-bord est ensuite remplie de perles déposées suivant un certain nombre de couches minces, les perles de chacune de ces couches étant pré-expansées dans une plus grande mesure que celles de la couche inférieure pour former une bande 11,comme on le voit sur la figure 1, dans laquelle la densité décroît progressivement selon une direction s'éloignant du plat-bord. Le moule est ensuite rempli jusqu'à la région de la guille à l'aide de perles de polystyrène qui ont été pré-expansées dans la même mesure que celles situées à la partie supérieure de la bande 11. Le moule est ensuite fermé et chauffé à la vapeur dans un autoclave pour solidifier le matériau situé à son intérieur, de la manière décrite dans la demande de brevet anglais n0 28474/69 au nom du même déposant. Dans la coque du bateau, moulée de la manière décrite cidessus, la partie de la coque disposée dans un plan horizontal le long de la surface inférieure de la bande 11 est, plus dense que la partie de la coque disposée dans un plan horizontal le long de la surface supérieure de la bande 11 et la densité de la partie de la coque située dans un plan vertical coupant la bande 11 diminue progressivement quand on va du plan horizontal inférieur au plan horizontal supérieur. Le moule peut, d'une manière avantageuse, être rempli de perles amenées à travers un dispositif mélangeur alimenté par deux trémies, l'une de ces trémies contenant des perles de densité égale à la densité maximale des perles nécessaires pour la fabrication de la coque du bateau et l'autre trémie contenant des perles d'une densité égale à la densité minimale. Les parties de la coque qui doivent présenter une densité intermédiaire peuvent alors être formées à partir d'un mélange de perles, issues de deux trémies, dosé suivant les proportions requises pour donner la densité intermédiaire. La figure 3 représente un dispositif mélangeur approprié qui est constitué par une enveloppe 20 présentant deux parois latérales opposées 21, 22 inclinées l'une vers l'autre vers le bas, deux ouvertures d'entrée 23, 24 disposées sur les côtés opposés de la partie supérieure de l'enveloppe, une ouverture de sortie 25 ménagée à la partie inférieure de l'enveloppe et une -scupape à papillon 26, montée à l'intérieur de l'enveloppe, pivotant autour d'un axe transversal et disposée entre les deux ouvertures d'entrée, cette soupape pouvant se déplacer entre une première position représentée en trait plein, dans laquelle elle s'applique contre la paroi 21 en fermant-ltouverture d'entrée 23, et une seconde position représentée en trait interrompu dans laquelle elle s'applique contre la paroi 22 et ferme l'ouverture d'entrée 24.Pour l'utilisation du dispositif, les ouvertures d'entré 23, 24 sont reliées par des conduits aux deux trémies dont l'une -contient les perles denses et l'autre les perles légères, et l'ouverture de sortie 25 est reliée par un conduit souple à une goulotte de remplissage pour introduire les perles à l'intérieur du moule. Dans la première position de la soupape à papillon, seules les perles provenant de la trémie reliée à l'ouverture d'entrée 24 sont introduites par gravité dans la goulotte de remplissage et, dans la seconde position de la soupape à papillon, seules les perles provenant de l'autre trémie reliée à l'ouverture d'entrée 23 sont introduites dans la goulotte de remplissage.Dans des positions intermédiaires de la soupape, les deux ouvertures d'entrée 23, 24 sont partiellement ouvertes de sorte qu'on peut introduire des perles denses et légères, selon n1 importe quelle proportion désirée, dans l'ouverture de sortie 25, grâce à un réglage judicieux de la soupape à papillon 26. Le moule, pour le bâti de fauteuil à oreillettes représenté par la figure 2, est rempli à l'aide de perles de polystyrène expansibles, de deux densités différentes, de la manière déjà décrite à propos de la coque de bateau. Le moule- est disposé de telle manière que le bâti qu'il est destiné à former soit situé sens-dessus-dessous, comme le montre la figure 2. La partie inférieure du moule est remplie d'une couche de perles les plus denses pour constituer les parties du bâti désignées par 15 sur le dessin et un mélange de perles denses et légères est ensuite ajouté en fines couches dans le moule, de manière à former la bande désignée par 16, les perles de chaque couche ayant une densité légèrement inférieure à celle de la couche située en dessous Le reste du moule est ensuite rempli de perles de la plus faible densité.Le moule est alors fermé puis chauffé à la vapeur dans un autoclave, afin de solidifier le matériau qui est contenu dans ce moule. Dans le bâti de fauteuil obtenu, le matériau, formant les parties supérieures du fond et des oreillettes ainsi que les parties antérieures du siège et des accoudoirs, est plus dur et plus résistant que le matériau formant le reste du fauteuil. La différence de densité entre différentes parties d'un article fabriqué selon le procédé conforme à l'invention peut être relativement faible, par exemple le fauteuil décrit cidessus peut être fabriqué à l'aide de perles pré-expansées 3 jusqu'à des densités de 0,04 à 0,03 g/cm . Les perles de plus grande densité fournissent un matériau qui est suffisamment résistant pour les parties du fauteuil qui sont soumises aux plus fortes contraintes et l'utilisation de perles de la densité la plus faible pour le reste du fauteuil procure une économie importante de matériau en comparaison d'un fauteuil fait entièrement de perles de la densité la plus élevée. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un article en un matériau thermoplastique, consistant à enfermer des perles expansibles à la chaleur, dudit matériau, à l'intérieur d'un moule et à échauffer ensuite le moule de manière à souder les perles entre elles, lequel procédé est essentiellement caractérisé en ce que les perles sont déposées dans le moule en deux ou plus de deux couches, les perles d'une des couches n'étant pas pré-expansées ou étant moins pré-expansées que celles d'une autre couche, de manière que la partie de l'article formée par cette première couche de perles soit plus dense et plus résistante que la partie de l'article formée par l'autre couche de perles. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux couches sont séparées par une couche intermédiaire dont la densité varie progressivement d'une valeur à peu près égale à celle de la couche la plus dense dans la partie de la couche intermédiaire avoisinant immédiatement la couche la plus dense, à une valeur à peu près égale à celle de la couche la plus légère dans la partie de la couche intermédiaire avoisinant immédiatement la couche la plus légère. 3. Procédé selon la revencication 2, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est formée à l'aide d'un mélange de perles ayant une densité égale à celle des perles de la couche la plus dense et de perles ayant une densité égale à celle des perles de la couche la plus légère. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les perles de la couche intermédiaire sont amenées à travers un dispositif mélangeur alimenté par deux trémies, dont l'une contient des perles qui sont moins pré-expansées que celles de l'autre trémie, le dispositif mélangeur étant réglable pour faire varier les proportions des perles, issues de chacune des trémies, dans le mélange introduit dans le moule. 5. Article fabriqué selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique situé dans un plan de section droite de l'article est plus dense que le matériau situé dans un autre plan de section droite parallèle au premier. 6. Article selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau le plus dense forme une nervure s'étendant sur toute la longueur de l'article. 7. Article selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la densité du matériau thermoplastique dans un plan normal aux plans de section droite précités, décroit progressivement du premier plan au second plan. 8. Bateau fabriqué selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique formant le plat-bord de la coque est plus dense que le matériau formant la majeure partie du reste de la coque et que la densité du matériau formant la partie de la coque avoisinant immédiatement le plat-bord diminue progressivement dans la direction s'écartant du plat-bord. 9. Fauteuil à oreillettes comportant un bdti fabriqué selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique,dans les régions supérieures du dossier et des oreillettes et les parties antérieures du siège et des accoudoirs, est plus dense que le matériau formant le reste du bâti du fauteuil.