Brevet FR2131988A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un procédé pour mélanger, en les dosant, des constituants liquides, notamment du caprolactame qui, en vue de leur polymérisation anionique, de préférence lors de leur moulage par rotation, sont mélangés par injection dans un 5 rapport de mélange important et avec un traitement thermique différent, puis coulés dans un moule. Il est connu, en vue du grand mélange des constituants et afin d'obtenir un mélange exactement dosé, de placer les principaux constituants, notamment le caprolactame dans deux cuves, chacune remplie à moitié 10 et d'ajouter dans l'une des cuves le constituant formant catalyseur et dans l'autre cuve le constituant formant le durcisseur. Un mélange dosé de ces mélanges préalables en vue de produire une matière en fusion capable de réaction s'effectue sous l'action de la température dans un pot de mélange commun 15 à travers des buses d'injection qui s'ouvrent sous une pression d'injection élevée produite par exemple par une pompe intégrée et qui se referment au-dessous de cette pression d'injection. Ce procédé consistant à mélanger préalablement les constituants principaux dans deux récipients présente, outre la nécessité 20 d'utiliser deux récipients, ce qui est une complication, cet autre inconvénient que, du fait du mélange préalable des constituants, il s'établit un rapport déterminé et invariable dès le commencement du traitement. Ainsi, il n'est plus possible de modifier la vitesse de réaction qui est réglée une fois pour 25 toutes. Or, la vitesse de réaction et une modification de cette vitesse par variation de la température et par mâdification du rapport de mélange pendant la fabrication même, sont très importantes pour la qualité de la pièce produite et pour le succès de la coulée, notamment lors du moulage par rotation de pièces 30 creuses de grandes dimensions. C'est ainsi qu'avec la vitesse de réaction au cours de la fabrication, on est capable de contrôler avant tout une épaisseur de paroi uniforme de la pièce creuse fabriquée par le procédé de soulage par rotation. Un autre inconvénient de ce procédé constituant à effectuer 35 un mélange préalable dans deux récipients est qu'il reste dans les deux récipients une quantité double de matière brute non utilisée. Un inconvénient pour le dosage exact nécessaire des constituants en faible quantité lors de leur mélange au moyen L. 72 07165 2 2131988 des buses fonctionnant à la pression d'injection, ctest que ces buses sont commandées en même temps que la mise en action et la mise hors d'action des pompes et que, par suite, des quantités de mélanges différents (et aussi du fait que les dimensions 5 des conduits flexibles ne sont pas adaptées aux quantités débitées) le dosage n'est pas exactement réglé par unité de temps ainsi que l'exige le mélange. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de créer un procédé sûr et précis et de donner le moyen de réaliser 10 un dispositif à cet effet, permettant de doser et de mélanger une petite quantité de constituants liquides avec le constituant principal. Suivant l'invention, pour effectuer le mélange dosé de constituants liquides, notamment de caprolactame, qui sont mé-15 langés en vue de la polymérisation anionique, de préférence par moulage par rotation, on calcule le constituant présent en moindre quantité, par exemple le durcisseur, dans une proportion inférieure par exemple à 0,5% pour 100 parties de caprolactame, on le maintient séparé jusqu'au dernier moment avant le mélange 20 et sous une pression dynamique préalable inférieure à la pression d'injection utilisée pour le mélange, et ce n'est que pour effectuer le mélange qu'on établit la pression d'injection destinée à produire ce mélange. Rationnellement, le constituant principal,par exemple le 25 caprolactame,est préalablement mélangé avec un troisième constituant, par exemple avec le catalyseur, dans un rapport de 100:0,5 environ ou davantage et on le mélange avec le constituant présent en moindre quantité, par exemple avec le durcisseur, sous une pression préalable de 10 atmosphères environ au-dessous 30 de la pression d'injection destinée à produire le mélange. Pour obtenir un dosage précis des constituants présents dans un grand rapport de mélange et des constituants mélangés ai" sortir des buses d'injection sous une pression d'injection é3 ."ét? il y a avantage à envoyer en circuit fermé au moins le cjorsti-35 tuant présent en plus faible quantité et de produire u'ie cession préalable dynamique en direction de la base en réduisant ou en étranglant le circuit dans le conduit: de retour et en outre de faire monter la pression d'injection produisant le mélange en interrompant le circuit en aval de l'ajutage raccordé 72 07165 3 2131988 au circuit. L'avantage résultant de l'invention réside dans le fait qu'il est possible d'obtenir déjà dans une cuve contenant le constituant principal, par exemple le lactame monomère,et ce de façon 5 très simple et sans guère de complications, un mélange exactement dosé des constituants présents selon un grand rapport de mélange, le dosage précis du constituant présent en moindre quantité, de même que sa quantité et sa température, réglées ainsi qu'il est nécessaire, étant décisifspour le résultat de 10 l'opération, notamment lors du moulage par rotation. Du fait que le constituant présent en plus faible quantité est amené séparément, par exemple le durcisseur, son arrivée peut être commandée quantitativement pendant la production et sa température peut être déterminée ou réglée par le chauffage des con-15 duits et du récipient de réserve. Ainsi peut être modifié à chaque instant le temps de réaction, qui est décisif pour la qualité standard, notamment pour obtenir une épaisseur de paroi uniforme de corps creux fabriqués par exemple par le procédé de moulage en rotation. 20 L'invention permet de réaliser un progrès important, du fait qu'en contrôlant la vitesse de réaction et en la réglant pendant l'opération, c'est-à-dire en réglant la température et la quantité du durcisseur, on obtient en toute certitude une épaisseur de paroi uniforme des corps creux fabriqués suivant le procédé 25 de moulage par rotation. Pour obtenir le synchronisme désiré et le mélange uniformément dosé du constituant présent en plus faible quantité, par exemple du durcisseur, avec le caprolactame qui est présent selon une quantité par exemple supérieure à 200 fois et qui est 3 0 préalablement mélangé dans une cuve avec le constituant catalyseur et ce dans une tête de malaxage commune, avec les ajutages d'injection montés dans cette tête, il y a avantage à régler une pression préalable dans les conduits de 10 atmosphères environ inférieure à la pression du mélange par injection et qui est 35 établie au moyen d'une valve d'étranglement montée à l'extrémité d'un conduit annulaire alimenté en circuit constant par une pompe et d'où part le conduit allant à la buse d'injection. Grâce à cette pression préalable régnant dans le conduit, la faible quantité du constituant est amenée au mélange, répartie 72 07165 4 2131983 uniformément pendant toute la période de malaxage. La pression d'injection qui doit se produire en synchronisme dans les buses de mélange des constituants est produite par une valve de fermeture montée dans le conduit en circuit fermé, en 5 aval du conduit de dérivation allant à la buse d'injection alors que, la valve étant fermée, le circuit envoyé par la pompe, sous forme d'une colonne de liquide dynamique est dévié en direction de la buse de malaxage. Lorsqu'on ouvre de nouveau la valve d'obturation, et par conséquent lorsqu'on ouvre le circuit, la 10 buse de malaxage se ferme automatiquement,ce qui produit immédiatement une chute de pression. Avantageusement, la grosse quantité de constituant principal est déviée à partir d'un conduit en circuit fermé par une valve d'obturation et est amenée dans le conduit allant à la buse, 15 de sorte que la pression d'injection ouvrant la buse est établie pendant un court instant et en synchronisme. La déviation de la quantité de liquide maintenue en circuit fermé dans le conduit annulaire en direction de la base de malaxage et passant par la vanne d'obturation favorise un malaxage 20 en synchronisme et exactement dosé des constituants, de même que la pression préalable dans le conduit, dans le cas d'un constituant en faible proportion, car la montée de la pression se produit encore plus rapidement sous l'effet du dynamisme de la colonne de liquide passant par le conduit annulaire, de même 25 que par suite d'une pression préalable élevée, ce qui produit une ouverture et une fermeture en synchronisme des buses de malaxage et par conséquent un dosage précis. Lorsqu'on utilise une tête de malaxage constituée de préférence par un appareil pouvant être porté à la main et contenant 30 les buses de malaxage, il est avantageux que le conduit allant à la buse de malaxage, de préférence le conduit annulaire allant jusqu'à la buse de malaxage, soit constitué par un tuyau flexible. Etant donné que la température de mélange des différents constituants, notamment du constituant présent en faible quan-35 tité, est très importante pour le temps de la réaction, les conduits allant à la buse de malaxage et aux cuves sont chauffés. Le dessin schématique annexé montre, à titre d'exemple non limitatif, un dispositif utilisable pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. 72 07165 5 2131988 La fig. unique est une vue en plan de l'installation. Dans une cuve 1, dans laquelle est monté un agitateur 2, on mélange préalablement le constituant principal constitué par du caprolactame avec le catalyseur, tandis que dans une seconde 5 cuve plus petite, désignée par 3, se trouve le constituant formant durcisseur, dosé dans une proportion plus faible. Les deux cuves 1 et 3 sont chauffées en 4. Elles sont à double paroi et le fluide de chauffage est amené en circuit fermé à l'intérieur de l'enveloppe ainsi formée. Le contenu des cuves 10 1 et 3 est pompé par deux pompes refoulantes 5 et 6 associées chacune à l'une des cuves et est envoyé en circuit fermé à travers un conduit annulaire auquel est raccordée chaque buse de malaxage 7 et 8, les buses 7 et 8 étant disposées dans une tête de malaxage mobile et portative par laquelle et 15 à partir de laquelle le mélange réactif est envoyé dans le moule. Les buses de malaxage 7 et 3 sont maintenues fermées par un ressort et s'ouvrent à l'encontre de l'action de ce ressort lorsque la pression d'injection réglée et prévue pour le mélange est établie dans le conduit annulaire et dans les buses de mala-20 xage 7 et 8 raccordées à ce conduit. Les buses de malaxage se ferment dès que la pression d'injection nécessaire au mélange tombe sous une valeur réglée et prévue. La pression d'injection destinée à provoquer le mélange est établie dans les conduits annulaires et dans le liquide brassé 25 en circuit fermé dans ces conduits, formant ainsi une colonne de liquide dynamique, par les valves d'obturation 10 et 11 commandées par voie électromagnétique, de telle sorte que ces valves de fermeture, qui sont commandées par voie électromagnétique, interrompent ou arrêtent la circulation, augmentant ainsi 3 0 la pression dans les conduits en amont de la valve de fermeture. La buse de malaxage montée en amont de la valve de fermeture (en considérant le sens du circuit) s'ouvre immédiatement en cas d'une surpression. Du fait de l'ouverture des valves et par conséquent, du circuit dans le conduit annulaire, la pres-35 sion d'injection régnant dans les conduits tombe immédiatement et la buse de malaxage se ferme autonatiqueraent. La pression préalable prévue par l'invention pour le constituant présent en faible proportion c'est-à-dire pour le durcisseur, s'ëtahlissant dans le circuit et en amont de la buse de 72 07165 6 2131988 malaxage 8, est produite par la valve d'étranglement 12 qui est montée en aval de la buse de malaxage 8 (en considérant le sens du circuit) montée dans le conduit de retour allant à la cuve 3. Cette valve d'étranglement 12 doit être réglée selon 5 la pression préalable désirée. Etant donné que la tête mélangeuse 9, avec les buses de malaxage 7 et 8 est mobile et peut être transportée, le conduit annulaire de la cuve 1 allant à la buse 7 et contenant le constituant principal est constitué par un tuyau 10 flexible 13, de même que le conduit annulaire par lequel passe le durcisseur pour aller à la buse 8 est constitué par un tuyau flexible 14 raccordé à la tête de malaxage 9. Afin d'obtenir une vitesse de réaction satisfaisante ainsi qu'il est désiré, et notamment aussi une bonne qualité de poly-15 amide utilisé pour les corps creux fabriqués par le procédé de moulage par rotation, les conduits, ainsi que notamment le récipient dans lequel est .placé le durcisseur sont chauffés fortement et de façon réglable, ^appareil de chauffage étant désigné par la référence 14. Ainsi, le durcisseur en circuit peut être 20 amené et maintenu à la température permettant, à la vitesse de réaction élevée ainsi qu'il est particulièrement désirable, d'obtenir une qualité de polyamide standard élevée. De même, grâce à la possibilité de maintenir le durcisseur à une température égale pouvant être réglée avec précision, et 25 qui est en même temps transvasé de façon mesurable, on a la certitude que chaque gouttelette de cette quantité de durcisseur se trouve à la température prévue et présente le degré de viscosité correspondant à cette température. On a ainsi la certitude que le refoulement par la pompe de la faible quantité de durcis-30 seur ne varie pas, et qu'il ne peut donc se produire de sov: ?-polymérisation ou de sur-polymérisation. Les détails de mise en oeuvre duprocédé et de 1'instajlation peuvent être modifiés,sans s'écarter de 11irv^ntion dans le domaine des équivalences techniques. 72 07165 7 2131988 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour le mélange dosé de constituants liquides, notamment de caprolactame, qui sont mélangés par injection en vue de la polymérisation anionique de préférence lors du moulage 5 par rotation, dans un grand rapport de mélange et avec traitement thermique différentfpuis couléjdans un moule, caractérisé en ce qae le constituant en faible proportion, par exemple le durcisseur; présente dans une proportion de 0,5% environ et même au-dessous est maintenu séparé jusqu'au moment du mélange et est 10 maintenu sous une pression préalable dynamique inférieure à la pression d'injection produisant le mélange, cette pression d'injection n'étant établie que pour le mélange ou qu'au moment du mélange. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le constituant principal, par exemple le caprolactame, est préalablement mélangé avec un troisième constituant, par exemple un catalyseur, dans un rapport de 100 : 0,5 environ et est mélangé avec un constituant, par exemple un durcisseur en proportion moindre sous une pression préalable de 6 atmosphères environ 20 inférieure à la pression d'injection. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins le constituant présent selon une faible proportion est envoyé en circuit fermé, la pression préalable en direction de la buse de malaxage étant produite par étranglement du cir-conduit de 25 cuit dans le/retour, et la pression d'injection étant produite par interruption du circuit en aval de la buse de mélange raccordée au circuit. 4.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par la 30 présence de deux cuves servant à lav réception des constituants, avec un conduit annulaire raccordé/ces cuves en vue d'entraîner le contenant des cuves en circuit fermé, une valve d'étranglement destinée à produire une pression préalable dynamique et une valve de fermeture étant disposée en aval d'une buse de 35 malaxage communiquant avec le conduit annulaire en vue d'établir la pression d'injection nécessaire au malaxage. 5.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit allant à la buse de malaxage, de préférence le conduit annulaire allant à la buse de malaxage, est constitué 72 07165 8 2131988 par un tuyau flexible raccordé à une tête de malaxage portative contenant les buses. 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les conduits allant à la tête de malaxage et le récipient de 5 réserve sont chauffés. 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé utilisé lors du moulage par rotation, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif servant à mélanger le constituant présent en faible proportion est disposé entièrement ou en partie sur le 10 dispositif rotatif portant le moule.