Brevet FR2159231A1 — publié le 19730622

La présente invention a pour objet des moules destinés au moulage de matières plastiques. On sait que la transformation des matières plastiques ou résines synthétiques pour obtenir des produits finis tels que, par exemple, des récipients, des ustensiles de ménage ou des objets divers est effectuée, généralement, dans des moules dans lesquels la matière plastique, à l'état liquide ou pâteux, peut être introduite pas injection, par compression, par extrusionsoufflage, par aspiration par le vide, par déformation au moyen d'un poinçon ou par tout autre moyen, cette énumération n'étant pas limitative. Toutes ces opérations ont lieu à l'intérieur d'un moule délimitant une cavité centrale dont les dimensions sont égales aux dimensions externes de l'objet à fabriquer. Dans certains cas, lorsqu'il s'agit de fabriquer des objets creux, par exemple des boîtiers, on place un noyau à l'intérieur de la cavité centrale et la matière plastique est mise en place dans l'espace intermédiaire entre ce noyau et le moule. Dans ce cas, pour permettre l'enlèvement du noyau, l'objet est moulé en deux parties qui sont ensuite assemblées entre elles. Le moulage des matières plastiques entraîne des échanges thermiques à travers les parois du moule. En effet, dans la majorité des cas, les résines utilisées sont thermoplastiques et moulées à chaud. Il faut donc evacuer les calories apportées par ces résines chaudes. Dans le but d'accélérer les cadences de production, cette évacuation doit être accélérée afin d'assurer un refroidissement rapide qui entraîne la solidification de la matière et qui permet le démoulage. Dans d'autres cas, on utilise des matières plastiques thermodurcissables et il faut apporter des calories pour favoriser les réactions de polymérisation à chaud qui provoquent la solidification. Dans tous les cas on a donc le plus grand intérêt à faciliter les échanges thermiques à travers les parois du moule de façon uniformément répartie sur toute la surface de celui-ci. Pour atteindre ce résultat, on dispose dans l'épaisseur des parois du moule des canaux ou conduits formant des circuits dans lesquels on fait circuler un fluide thermique de refroidissement ou un fluide de réchauffement. La structure des moules utilisés à ce jour et leur procédé de fabrication se prêtent mal à la confection économique de ces circuits et à leur bonne répartition surctoute la périphérie de la cavité interne du moule. Dans la plupart des cas les moules sont fabriqués par l'usinage très précis d'un bloc de métal, cet usinage étant réalisé soit par les moyens traditionnels tels que le tournage et le fraisage, soit par électroérosion. Dans ce cas, les circuits de circulation du fluide thermique doivent être percés dans la masse, ce qui entraîne des dépenses élevées. Ce mode de réalisation ne permet pas d'obtenir des circuits ramifiés et bien répartis sur la surface du moule. La présente invention a pour objet de nouveaux moules pour le moulage des. matières plastiques qui sont composés d'au moins trois moules justaposés, emboîtés l'un-dans l'autre a - un moule interne, formé par une carapace mince, d'épaisseur constante, en un matériau bon conducteur thermique, qui reproduit l'empréinte de l'objet à mouler. b - au moins un moule intermédiaire, qui enveloppe le précédent, en un matériau bon conducteur thermique, dans l'épaisseur duquel sont creusés des circuits de circulation d'un fluide thermique. c - un moule externe qui enveloppe les deux précédents. Chacun de ces trois moules joue une fonction différente : le moule interne délimite la cavité de moulage, le moule intermédiaire assure les échanges thermiques et le moule externe assure la résistance mécanique. Cette structure en au moins trois moules emboîtés l'un dans l'autre, permet de fabriquer chacun de ces moules séparément et successivement, par les procédés les mieux appropriés à la fabrication de chacun d'eux. Elle permet, en particulier, d'obtenir économiquement des circuits de circulation du fluide thermique parfaitement répartis autour de la cavité centrale, ces circuits pouvant avoir la forme d'un réseau entrecroisé très ramifié ou meme la forme d'une nappe cellulaire poreuse qui baigne dans le fluide thermique lequel circule dans toute son épaisseur. Selon un premier mode de réalisation, le moule interne est constitué par une plaque métallique mince emboutie. La mise en forme de cette plaque est obtenue par emboutissage sur une presse au moyen d'un poinçon dont le contour extérieur est identique à celui de l'objet à mouler. Selon un autre mode de réalisation, le moule interne est obtenu par électroformage. Il est constitué par une couche métallique mince, d'épaisseur constante, disposée électrolytiquement sur un modèle dont le contour extérieur reproduit celui de l'objet à mouler. Si ce modèle n'est pas constitué d'une matière conductrice de l'électricité, par exemple, s'il est en bois, on applique préalablement sur toute sa surface une pellicule ou un film d'une matière conductrice de l'électricité, par exemple, une feuille métallique très mince, ou bien une peinture ou un vernis conducteurs. Le moule interne peut également être réalisé de façon connue en résine synthétique polymérisable, appliquée sur un modèle de l'objet. Le moule intermédiaire peut être fabriqué selon plusieurs modes de réalisation différents. Selon un premier mode ~référentiel, il est obtenu par électroformage. Le procédé est le suivant. On applique sur la surface externe du moule interne précedemment fabriqué une matière malléable, fusible et conductrice de l'électricité qui reproduit le dessin recherché des circuits de circulagion du fluide thermique. Cette matière est, par exemple, une couche de cire qui est rendue conductrice de l'électricité soit en lui incorporant une charge minérale ou des particules métalliques, soit en en appliquant sur sa surface un film ou un vernis conducteur. On procède ensuite au dépôt, par électrolyse, d'une couche métallique qui occupe les espaces exempts de cire et qui recouvre la cire. Cette couche de cire est ensuite fondue et s'écoule en libérant les circuits de circulation du fluide thermique. En variante, on applique sur le moule interne une couche de matière malléable fusible et conductrice de l'électricité, par exemple, une couche de cire, dans laquelle on pratique de très nombreuses perforations. On provoque ensuite le dépôt électrolytique d'un métal bon conducteur thermique dans ces perforations et sur la face de la nappe de cire opposée au moule interne. Âpres élimination de la cire par fusion, il reste une masse cellulaire, poreuse, suffisamment rigide, formant une mousse à travers laquelle le fluide thermique peut cheminer. Selon un deuxième mode de fabrication, le moule intermédiaire est constitué par une plaque métallique emboutie. Cette plaque est emboutie en forme de créneaux et appliquée sur le moule interne. Les créneaux délimitent les canaux de circulation du fluide thermique. Si les échanges thermiques 'ne sont pas importants le moule intermédiaire peut également être constitué d'une résine synthétique. Celle-ci sera appliquée en couches sur le moule interne après que l'on aura appliqué sur la face externe de celui-ci une matière malléable et fusible qui reproduit les dessins des canaux de circulation du fluide thermique. Les moules interne et intermédiaire sont formés de carapaces relativement minces ayant une résistance mécanique réduite. Le moule externe enveloppe le tout et a une épaisseur suffisante pour conférer à l'ensemble la résistance mécanique voulue. Le moule externe est réalisé, par exemple, en résine synthétique moulée, laquelle peut être renforcée par des fibres de verre. Dans ce cas, on obtient un moule de poids réduit. On utilise, par exemple, une résine époxy ou une résine polyester. Le moule externe peut également être composé de métal à point de fusion relativement bas, par exemple, un alliage zinc-aluminium, qui est coulé autour du moule intermédiaire. Le résultat de l'invention est de nouveaux produits constitués par des moules pour le moulage d'objets en matière plastique formés d'au moins trois moules distincts emboîtés l'un dans l'autre, le moule intermédiaire comportant des circuits de circulation d'un fluide thermique. Ces moules peuvent être obtenus par des procédés relativement simples. Ces procédés permettent de réaliser des circuits de circulation du fluide thermique relativement complexes, dont la forme est la mieux adaptée à un échange thermique bien réparti sur toute la surface du moule. Ces circuits peuvent être formés de canaux multiples raccordes en parallèle entre un collecteur d'arrivée et un collecteur de départ de fluide. Ils pourront également avoir la forme d'un réseau quadrillé ou meme être constitués par une nappe cellulaire et poreuse de bonne conductibilité thermique à travers laquelle chemine le fluide thermique. Grâce à l'amélioration des échanges thermiques, les cadences de fabrication des objets en matière plastique moulés dans des moules selon l'invention sont accrues. Les différentes caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description ci- > après de modes de réalisation de moules donnés à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en référence aux dessins annexés. La figure I est une vue en perspective d'un moule selon l'invention. La figure 2 est une coupe par Il Il du moule de la figure 1. Les figures 3, 4 et 5 sont des représentations schématiques de circuits de circulation de fluides thermiques. La figure 6 est un appareillage pour la fabrication par emboutissage d'empreintes d'objets à mouler. La figure 7 est une coupe transversale d'un moule complet. Les figures I et 2 représentent un demi moule pour mouler par soufflage un objet en matière plastique, par exemple, une bouteille. L'ensemble du moule est désigné par le repère 1. Le moule I dilimite une cavité centrale 2. Le moule I est composé de trois moules distincts emboîtés l'un dans l'autre. Le moule interne 3 délimite la cavité centrale et constitue une empreinte de la pièce à mouler. Il est composé d'une carapace mince en un matériau bon conducteur thermique, par exemple, en cuivre. Le moule intermédiaire 4 est également formé d'une carapace en un matériau bon conducteur thermique. Dans son épaisseur sont disposés des canaux 6. Dans le cas de la figure, ces canaux sont longitudinaux et sont raccordés, à chacune de leurs extrémités sur un collecteur d'arrivée et sur un collecteur de départ d'un fluide thermique. La figure 1 représente un moule iùtermédiaire qui enveloppe entiErement le moule interne. Il est précisé que cette disposition n'est pas obligatoire. Le moule intermédiaire peut également être limité à certaines parties de la périphérie du moule interne que l'on désire refroidir ou réchauffer plus rapidement. Le moule externe 5 est formé d'un bloc de matière qui enveloppe l'ensemble et constitue le corps proprement dit du moule auquel il confère la résistance mécanique voulue. Les figures 3, 4 et 5 représentent schématiquement certaines formes qu'il est possible de donner au circuit de cIrculation du fluide thermique. Celui-ci peut être formé de canaux 7 branchés en parallèle entre un collecteur d'arrivée du fluide 8 et un collecteur de départ 9. Les collecteurs 8 et 9 sont disposés dans l'épaisseur du moule intermédiaire 4 et comportent chacun une extrémité ouverte qui débouche à l'extérieur du moule 1. Le circuit de circulation du fluide thermique peut également èrre formé de canaux 10 en forme d'épingles raccordés sur un canal d'arrivée de fluide 11 et sur un canal de départ 12. Le circuit reproduit alors un dessin en forme de grecque, représenté sur la figure 4. La figure 5 représente deux circuits intercalés en forme de grecque, 13 et 13!,qui permettent la combinaison de circuits à des températures différentes dans lesquelles les fluides circulent en sens opposes, avec possibilité de faire alterner la circulation d'un fluide de réchauffement dans un circuit et d'un fluide de refroidissement dans l'autre. Les circuits peuvent prendre également toute forme de réseau quadrillés ou entrecroisés qui assurent une répartition uniforme du fluide thermique sur toute la surface du moule interne. Notamment, la constitution du moule en trois parties permet d'obtenir facilement un moule interne formé d'une nappe cellulaire et poreuse, ayant une rigidité suffisante et une bonne conductibilité thermique, dans l'épaisseur de laquelle circule le fluide thermique, l'ensemble de la nappe étant alors portée uniformément à la température du fluide. Dans certains cas la mise en place dans le moule de la matière plastique s'effectue par aspiration sous vide et le moule doit alors comporter des canaux d'aspiration. La présente invention permet de réaliser facilement de tels moules comportant, en outre, un fluide de refroidissement et/ou de réchauffement. Dans ce cas, le moule comportera, dans l'épaisseur du moule interne, les canaux d'aspiration et, dans l'épaisseur du moule intermédiaire,les circuits de circulation du fluide thermique. En variante, le moule comporte deux moules intermédiaires. Celui qui est placé au contact du moule interne comporte dans son épaisseur les canaux d'aspiration qui communiqueront avec la cavité centrale par des orifices percés à travers le moule interne en des endroits judicieusement répartis pour permettre d'établir effecacement la mise en forme parfaite de la pièce à former. Le deuxième moule intermédiaire, placé à ltextérieur, comporte dans son épaisseur, les circuits de circulation du fluide thermique. En général, les trois moules sont constitués de métal; Cependant pour réduire le poids, dans le cas où le moule n'a pas à supporter des efforts importants, le moule externe peut etre constitué en une résine synthétique, par exemple en une résine époxy comportant ou non une charge minérale. De meme, dans les cas où l'intensité des échanges thermiques n impose pas le métal pour constituer les parois d'échange thermique, le moule interne et le ou les moules intermédiaires pourront être constitués en une résine synthétique,par exemple,en résine époxy. Le moule interne est alors obtenu, de façon connue, en appliquant des couches de résine sur un modèle de la pièce. Le moule intermédiaire est fabriqué en appliquant des couches de résine successives, éventuellement renforcées par de la fibre de verre, sur le moule interne après que l'on a appliqué sur la paroi externe de ce dernier, une matière malléable et fusible qui reproduit le dessin des circuits de circulation du fluide thermique. La figure 6 représente un appareillage pour la fabrication de moules selon l'invention dans le cas où le moule interne et le moule intermédiaire sont formés de plaques métalliques embouties. Les repères 14a et 14b représentent les deux plateaux d'une presse hydraulique, mobiles l'un par rapport à l'autre. Sur le plateau 14a est fixé un poinçon 15 dont le contour extérieur reproduit la forme d'un objet à mouler, par exemple, d'une demi bouteille. Sur le plateau 14b on fixe une enceinte 16, alimentée en hiile sous pression par une canalisation 17. Cette enceinte est ouverte sur sa face supérieure et l'on place sur celle-ci une feuille mince 18 de métal bon conducteur thermique, par exemple une feuille de cuisre, qui est maintenue, de façon étanche, par une bride 19. On rapproche les deux plateaux de la presse. Le plateau 14a vient occuper la position représentée en traits pointillés. Sous l'effet de la pression hydraulique ; la feuille 18 épouse fidèlement la forme du poinçon 15 et reproduit l'emprèinte 20 de l'objet à mouler. Par le même procédé d'emboutissage, en utilisant un poinçon portant des nervures en relief qui dessinent la forme du circuit de circulation du fluide thermique, on obtient une deuxième plaque 21 emboutie, en forme de créneaux. La figure 7 représente un moule complet 24 composé d'un moule interne 20 et d'un moule intermédiaire 21 obtenus par emboutissage suivant le procédé décrit ci-dessus. On voit sur cette figure les créneaux formés par le moule intermédiaire 21 qui délimitent avec le moule interne 20, les canaux 23 de circulation du fluide thermique. Le moule 2:4 est complété par un moule externe 22 qui enveloppe les deux précédents. Ce moule externe est composé soit de métal coulé, soit de résine synthétique. On peut évidemment combiner les procédés de fabrication décrits et réaliser un moule dans lequel l'empreinte de l'objet, constituant le moule interne, est obtenue par emboutissage d'une feuille métallique et le moule intermédiaire est obtenu par électroformage. Dans le cas où le moule intermédiaire et le moule externe sont en résine synthétique ils peuvent être coulés ensemble, d'une seule pièce, autour du moule interne portant sur sa face externe, un dessin des circuits de circulation du fluide thermique en une matière malléable et fusible. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes peuvent être apportées par l'homme de l'art aux moules qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple. Le moule intermédiaire peut également être réalisé par frittage ou concrétion, à froid ou à chaud, de poudres ou de mélanges de poudres de matériaux métalliques, minéraux ou organiques. On peut ainsi produire une sorte d'éponge susceptible de canaliser le fluide de transfert thermique. La porosité et la résistance mécanique de cette éponge pourront varier entre de larges limites pour satisfaire i nécessites technologiques de la construction du moule. Par exemple, on pourra réaliser un moule intermédiaire ne réclamant pas de grosse résistance mécanique, à température relativement modérée au moyen d'un mélange de billes de cuivre et de poudre de soudure en faible quantité. On pourra également réaliser le moule intermédiaire en imprégnant des billes de cuivre d'une solution très diluée d'une résine épikote dans un solvant volatil. On essore ltexces de solution, on fait évaporer le solvant et on réticule à chaud. Dans les deux cas le liant - soudure ou résine est employé en quantité telle que seuls les points de contact des billes soient soudés sans obstruer les espaces libres entre billes qui représentent 24 Z du volume total dans le cas d'un empilement de billes identiques. On peut naturellement obtenir des porosités différentes en utilisant des poudres de granulométries différentes soit en mélange, soit en couches successives pour réaliser les compromis souhaitables entre la résistance mécanique et les capacités de transfert calorifique. On peut également menacer, dans l'épaisseur du moule intermédiaire, des dispositifs de transfert de calories connus sous le nom de "caloducs", qui sont constitués de tubes fermés à leurs deux extrémités à l'intérieur desquels se trouve un deuxième tube poreux saturé d'un liquide volatif. On sait que de tels caloducs, lorsqu'ils sont chauffés à une extrémité et refroidis à l'autre, assurent le transfert des calories avec une conductibilité thermique bien supérieure à celle des meilleurs conducteurs connus. REVENDICATIONS. 1 - Produit nouveau constitué par un moule pour le moulage d'objets en matières plastiques, caractérisé en ce qu'il est composé d'au moins trois moules, emboîtés l'un dans l'autre : a) - un moule interne, en un matériau bon conducteur thermique, qui repro duit l'empreinte de l'objet à fabriquer. b) - au moins un moule intermédiaire, en un matériau bon conducteur thermique, dans l'épaisseur duquel sont disposés des circuits de circulation d'un fluide thermique. c) - un moule externe qui enveloppe les deux précédents et assure la résistance mécanique de l'ensemble. 2 - Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule interne est constitué par une plaque métallique mince emboutie sur un poinçon ayant la forme de l'objet à mouler. 3 - Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moule interne est constitué par une couche métallique, déposée électrolytiquement sur un modèle dont le contour extérieur reproduit celui de l'objet à mouler. 4 - Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule intermé diaire est obtenu en déposant une matière bonne conductrice thermique sur la surface externe du moule interne sur laquelle on a disposé préalable- ment une matière malléable et fusible qui reproduit la forme desdits circuits de circulation du fluide thermique, laquelle matière malléable est ensuite éliminée par fusion. 5 - Moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moule intermé diaire est constitué par une couche métallique déposée électrolytiquement. 6 - Moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moule inter médiaire est composé de résine synthétique comportant une charge destinée à accroître sa conductibilité thermique. 7 - Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moule inter médiaire est constitué par une plaque métallique emboutie en forme de créneaux qui délimitent les circuits de circulation dudit fluide thermique. 8 - Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule externe est formé d'un bloc coulé de métal ou de résine synthétique. 9 - Procédé de fabrication de moules selon les revendications 1, 3, 4, 5 et 8, caractérisé par la suite d'opérations suivantes a) - on réalise un modèle de l'objet à fabriquer dont le contour externe reproduit celui dudit objet. b) - si la matière qui compose ledit modèle n'est pas conductrice de l'électricité, on applique sur toute la surface une pellicule d'une matière conductrice de l'électricité. c) - on dépose, par électrolyse, tout autour dudit modèle, une couche d'épaisseur constante d'un métal bon conducteur thermique. d) - on recouvre ladite couche métallique, d'une couche discontinue d'une matière malléable fusible et conductrice de l'électricité, laquelle matière occupe la place des circuits de circulation dudit fluide thermique. e) - on dépose sur cette couche, par électrolyse, une couche de métal bon conducteur thermique. f) - on complèle le moule par une enveloppe extérieure, ayant la résistance mécanique désirée, obtenue par moulage. g) - on fait fondre ladite matière malléable fusible pour libérer les conduits de circulation du fluide thermique. h) - on enlève ledit modèle pour libérer la cavité centrale du moule. 10 - Procédé de fabrication de moules selon les revendications 1, 2, 7 et 8, caractérisé par la suite d'opérations suivantes a) - on fixe sur un des plateaux d'une presse hydraulique un poinçon dont le contour extérieur reproduit celui de l'objet à fabriquer. b) - on fixe sur l'autre plateau une enceinte alimentée en huile sous pression et ouverte sur sa face supérieure. c) - on dispose sur cette face supérieure une feuille métallique mince maintenue de façon étanche. d) - on rapproche les deux plateaux de la presse pour former, par embou tissage hydraulique, une empreinte de l'objet à fabriquer qui constitue le moule interne. e) - on écarte les plateaux de la presse et on fixe sur l'un des plateaux de la presse un deuxième poinçon portant des nervures en relief qui reproduisent le dessin des circuits de circulation du fluide thermique. f) - on fixe de façon étanche sur la face supérieure de ladite enceinte une deuxième feuilleiétallique. g) - on rapproche à nouveau les plateaux et on forme, par emboutissage hydraulique, une plaque crénelée qui constitue le moule intermédiaire. h) - on juxtapose l'empreinte et le moule intermédiaire et on coule autour une uneenveloppe en métal ou en résine synthétique qui constitue :le moule externe.