Brevet FR2179630A1 — publié le 19731123

La présente invention due à la collaboration de monsieur Marcel GUIPE, a pour but un procédé perfectionné de moulage pour pièces en polyuréthane expansé, destiné à diminuer le temps de moulage des pièces, notamment des pièces de grand volume. La durée de moulage d'un élément en matière synthétique alvéolaire est déterminée par un certain nombre de paramètres, dont - la durée des opérations telles que l'ouverture et la fermeture des moules, leur déplacement éventuel (dans le cas sation de dispositifs dits "carrousel"), le positionnement d'in serts, le remplissage de la cavité de moulage, l'étuvage* etc... - le temps de crémage, qui est la durée qui sépare la coulée de la matière moussante et le début de son expansion. - le temps de réticulation, ou de polymérisation. On sait déjà agir sur ce dernier, en surcatalysant la matière synthétique, mais il en résulte corrélativement une réduction du temps de crémage. Or celui-ci est impérativement fixé à un minimum égal ou supérieur au temps de remplissage du moule, durée au-dessous de laquelle on ne peut pas descendre. En -effet, si la coulée ntest pas tenlinée avant le début de l'expansion, on assiste à la destruction des cellules-naissantes entratnant une mauvaise qualité du produit fini. A titre d'exemple, l'utilisation des machines courantes implique un temps de coulée de 15 à 20 secondes pour des pièces volumineuses corme les planches de bord ou les coussins de siège. Il est donc nécessaire d'adapter la catalyse à des temps de crémage du mtme ordre de grandeur ; dans ces conditions, le temps de polymérisation est automatiquement déterminé et se situe entre 4 et 6 minutes, entraînant une durée totale du cycle de moulage de 12 à 15 minutes. Compte tenu de cette durée déjà considérable, on augmente de façon connue le débit du dispositif de fabrication en multipliant le nombre de moules, pour la production en série sltune même pièce. On dispose ces moules sur un carrousel iiorizontal ou vertical qui les fait défiler succ ssivellerlt devant des postes de remplissage, et étuvage, de démoulage, etc.. Cependant, cette disposition présente les inconvénients suivants : Ces nombreux moules de carrousel étant mobiles, ils ne peuvent comporter (pour des raisons de poids et d'encombrement) autant d'organes annexes assurant 11 automatisation et la précision de la fermeture, que les moules fixes tels qu' je les réalise pour l' njeetion des matières thermopastiques. De ce fait, les produits obtenus peuvent dans certaines conditions, présenter des faiblesses notamment des bavures aux plans de joint. L'objet de la présente invention est de pallier les inconvénients ci-dessus, en proposant un procédé de moulage à haut rendement qualitatif et quantitatif. Il est essentiellement caractérisé par le fait que lton profite des avantages du moulage par injection tout en remédiant à la difficulté principale résidant dans une durée de cycle élevée, notamment en diminuant fortement le temps de polymerisation tout en conservant au temps de crémage sa durée minimale égale à la durée de coulée. Cet effet est obtenu en refroidissant de façon importante l'un au moins des composants devant donner lieu à la mousse, notamment de polyuréthane, avant son introduction dans le moule conformateur et en augmentant correlativement les vitesses de réaction du système chimique par renforcement du système catalytique. L'avant tage d'un tel procédé réside dans le blocage temporaire de cet accroissement de vitesse par la réfrigération d'un ou des deux constituants, qui sont réchauffés dans le moule après leur coulée. La présente invention sera expliquée en détail au regard de la figure unique ci-jointe représentant à titre dtexemple non limitatif une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La tête de distribution 1, qui permet l'alimentation des moules en mélange moussant, est reliée dans le cas de mousses de polyuréthane en 2 et 3 à des sources respectivement dtisocyanate et de polyol contenant leurs adjuvants usuels. L'isocyante arrivant en 2 peut être réfrigéré de façon similaire au polyol issu de la canalisation 3 ou être maintenu à température ambiante. Il provint de façon connue en soi par exemple par l'intermédiaire d'wle pompe w d'un réservoir non figuré pour la comoité du dessin. Le polyol stocké dans la cuve 4 est mu par une pompe à injecter à haute pression 5 en direction d'lm échangeur de chaleur 6, puis vers la tette de distribution 1. Lléchangeur 6 est constitué d'une cuve entourant la canalisation 8 formant serpentin transportant le polyol vers la tette de distribution 1. Cette cuve est alimentée de façon continue par les canalisations 9 et 10 en un liquide réfrigérant habituel tel que le produit commercialisé sous le nom de forane 22, qui est stocké, comprimé et activé de façon connue dans le poste de réfrigération 7. Celui-ci a une capacité de 4.000 à 20.000 frigories par heure, permettant de débiter de 2 à 8 kg par minute de polyol à O. Ce Entre la pompe haute pression 5 et l'échangeur 6, se trouve un dispositif compensateur 13 destiné à permettre l'accumulation d'un volume déterminé de polyol dans une capacité, par repoussement d'une paroi mobile 14 à ltencontre d'un ressort 15. Ce faisant, le flux de liquide se dirigeant vers la tête de distribution 1 prend un retard prédéterminé par rapport à l'iso cyanat. arrivant par la canalisation 2, et de ce fait compense la différence de viscosité entre ces deux composants organiques, qui aurait tendance à faire que l'un soit délivre, par rapport à ltautre avec un décalage de temps entrainant des défauts aux débuts et fins de coulées, par variation temporaire du dosage des deux constituants. Notons encore la présence du by-pass Il et de la vanne 12 ainsi que de la dérivation 16 comportant une pompe basse pression 19 de recirculation bornée par les électrovannes 17 - 18, dont l'utilité sera décrite plus loin. Le fonctionnement du dispositif mettant en oeuvre l'objet de l'invention est le suivant - Le cycle de coulée commence par ltarret de la pompe de circulation t9 à basse pression (de tordre de 5 bars), et la fer mettre des vannes 12 ; 17 - 18. Le polyol est aspiré de la cuve 4 par la canalisation 20, sous l'action de la pompe à injecter 5 à haute pression (300 bars environ) qui est mise en route. - Le by-pass 11 étant fermé en 12, le fluide passe au travers du compensateur 13, dans lequel il s'accumule en poussant la paroi 14 à l'encontre du ressort 15. Ce volume rempli, il poursuit sa course au travers du circuit réfrigéré 8 et de la canalisation 3 jusqu'à la tête de distribution 1, dans laquelle il se mélange à l'isocyanate provenant de la canalisation 2. Ce dernier peut également entre réfrigéré, bien que ceci ne soit dans le cas géné- ral pas nécessaire. Toutefois, si on le désire, la disposition employée peut- & re équivalente à celle décrite pour le polyol. - Lorsque l'on désire interrompre la coulée, on ouvre la vanne 12 du by-pass, mettant hors circuit la pompe à injection qui s'arrête, on ouvre également les vannes pilotées 17 - 18 et l'on fait démarrer la pompe de circulation 19. Cette dernière opération a pour but de faire circuler le fluide contenu dans le circuit des canalisations, notamment 16 et 8, afin que celui-ci demeure refroidi par passage continu au travers de l'échangeur 6 et ne se réchauffe de façon intempestive dans les parties de canalisations situées hors de l'échangeur. On a pu constater qu'à l'aide d'un tel dispositif, un abaissement de la température du mélange de 20 C à 0 C multiplie pratiquement par deux le temps de crémage tout en maintenant le temps de polymérisation identique. Ceci permet ainsi d'augmenter le taux de catalyseurs dans le système et, tout en laissant un temps de crémage suffisant, d'obtenir un temps de polymérisation inférieur de moitié. Des essais ont été effectués sur une matière synthétique alvéolaire résultant de la composition suivante - Formulation classique à base de polyéther triol de poids moléculaire 4.000.............. 4.000 . 75 parties en poids - Amine primaire aromatique.......: 15 " " - Amine tertiaire..................: 1 " " - Sel métallique...................: 0,5 " " - Noir de carbone empâté à 40 %....: 4 " " - Agent réticulant hydroxylé.......: 2 " " - Agent d'expansion................: 15 " " - Diisocyanate aromatique..........: 32 " " qui présente les caractéristiques suivantes : - Temps de crémage..................: 25 secondes. - Fin d'expansion à.................: 1 minute. - Temps de durcissement.............: 4 minutes. Le procédé selon l'invention permet de tripler le taux d'amine tertiaire servant de catalyseur de durcissement tout en conservant un temps de crémage adéquat. Dans ces conditions si lton fait varier la température du mélange distribué, on obtient les résultats consignés dans le tableau ci-dessous : Caractéristiques à 20 C à 10 C à 0 C Temps de crémage 10 s. . 13 s. 25 s. Fin d'expansion à 20 s. 25 s. 40 s. Temps de durcissement 1 mm.30 1 mm.30 1 mm.30 On constate que par rapport au mélange type, coulé à 20 e le deuxième mélange surcatalysé refroidi à O' C, possède un temps de crémage qui demeure identique (25 s) tandis que le temps de durcissement passe de 4 à t mm.30 correspondant à des cycles de durée totale de 3 à 4 nini environ. En agissant sur la température des moules dans lesquels sont effectuées les coulées, et sur la capacité calorifique des produits constitutifs desdits moules, on conçoit qu'il est possible de bloquer plus ou moins longtemps l'accroissement de la vitesse de réaction résultant de l'emploi d'un système catalytique de réactivité plus grande. De plus, le produit formé présente l'avantage d'avoir une peau mieux formée et plus dense. L'augmentation de cadences ainsi obtenue permet de conserver les moules rigides ou souples à poste fixe avec les avantages in hérents - régulation de la température par circulation de fluide. - moyens classiques dtouverture et de fermeture des moules. - qualités des produits obtenus. - netteté des plans de joint sans bavures. - Obtention de tr > us à l'aide de broches amovibles. Il n'est par conséquent pas nécessaire de faire appel aux dispositifs à carrousel qui permettent une augmentation de cadence mais qui n'offrent pas les prestations permises par le moulage à poste fixe. - REVEN-DICArIONS - 1. Procédé perfectionné de moulage pour pièces alvéolaires, permettant une cadence élevée de production, notamment pour éléments en mousse de polyuréthane, caractérisé par le fait que l'on diminue le temps de réticulation sans modifier le temps de crémage dsune composition moussante en accroissant les vitesses de réaction chimi que par élévation du taux-des catalyseurs et en bloquant simultanément et temporairement cet accroissement de vitesse par refroidissement de façon importante et connue en soi, du mélange distribué dans la cavité de moulage. 2. Procédé de moulage selon la revendication, caractérisé en ce que le mélange introduit dans la cavité conformatrice est refroidie entre - 10 C et + 5 C, préférentiellement entre - 5 et 0 C. 3. Procédé de moulage selon 1 et 2f caractérisé en ce que le refroidissement est produit par passage de l'un au moins des composas de la matière moussante au travers d'un serpentin disposé dans un échangeur de chaleur alimenté en un vecteur de refroidissement pré- sentant une capacité de 4.000 à 20.000 frigories par heure succep- tible d'abaisser à 0 C un polyol débité à raison de 2 à 8 Kg par minute. 4. Procédé de moulage sel.on ltune quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que les moules sont réalisés à l'aide de matières de capacités calorifiques adaptées au délai de blocage dés > ré de la réaction avant son démarrage à vitesse accélérée.