Brevet FR2187531A1 — publié le 19740118

La présente invention est relative à un procédé pour le moulage d'articles en matières thermoplastiques, et plus particulièrement à un procédé pour le moulage par injection de matières thermoplastiques ayant une grande viscosité de fusion. Avec les procédés de moulage par injection utilisés actuellement, il est très difficile de produire des pièces moulées de bonne qualité lorsque la matière thermoplastique doit s'écouler sur des distances importantes entre le point d'injection et une partie du moule, surtout lorsque la matière doit s'écouler à travers des passages à faible section de grande longueur. Il est également très difficile de produire des pièces moulées de bonne qualité lorsqu'on utilise une matière thermoplastique ayant une grande viscosité de fusion. Une telle matière peut également être définie comme une matière ayant un faible indice de fluidité à l état fondu, ou comme une matière ayant un poids moléculaire élevé.Lorsque ces deux difficultés se présentent en même temps, il peut etre nécessaire de modifier la forme désirée de la pièce moulée, au sacrifice de certaines de ses qualités esthétiques cu autres. Un autre inconvénient des procédés classiques de moulage par injection, dans le cas d'un moule comprenant des trajets d'écoulement longs et étroits et d'une matière thermoplastique de grande viscosité, provient de ce que des tensions importantes sont "gelées" dans l'article moulé pendant son refroidissement. Cet inconvénient se manifeste par une faible résistance aux impacts des pièces moulées et par une tendance au craquelage par tension, ce qui correspond à une tendance au craquelage et à la détério ration en présence de certains produits chimiques. De plus, dans le moulage par injection classique de matières ayant une grande viscosité de fusion, une longue période de refroidissement est fréquemment nécessaire avant qu'une pièce moulée ne puisse être éjectée du moule et, comme cette période de refroidissement représente le facteur temps le plus important du cycle de production, elle réduit la vitesse de production et augmente par conséquent le prix de la production des articles. La raison de cette diminution de la vitesse de production provient de ce qu'il est généralement nécessaire d'utiliser des températures de fusion plus élevées pour de telles matières et/ou des températures plus élevées pour les moules, afin d'assurer que la masse fondue soit pressée jusque dans les zones extrêmes du moule, et qu'un article complet et de bonne qualité soit obtenu. Plus la température initiale de la masse fondue est élevée, ou plus la température du moule est élevée, plus la période de refroidissement nécessaire avant que ltartícle moulé ne puisse être éjecté en type sécurit sera lingue, et plus la vitesse de production sera faible. En ce qui concerne l'utilisation mentionnée ci-dessus de températures plus élevées il est à noter que les températures de la masse fondue etjou du-.nou sont limitées car des températures excessives risquent de dégrader la matière. Une dégradation complète ou une calcinaticn de la matière n'est donc pas rare dans les zones de travail intense pendant llinjection lorsque les températures utilisées sont élevées. Des limites analogues doivent être respectées quant aux pressions auxquelles la matière thermoplastique est exposée pendant l'injection. Ces limitations ont pour conséquence que les difficultés mentionnées çi-dessus du moulage par injection ne peuvent pas être évitées dans certains cas, ou risquent de ne pas pouvoir être évitées, par le simple réglage de la température et de la pression utilisées pendant l'injection de la matière thermoplastique. L'invention vise à éviter tout au moins une partie des inconvénients décrits ci-dessus par la réalisation d'un procédé de moulage par injection d'un article, dans lequel l'injection de la matière#thermo- plastique fondue et un façonnage initial de l'article sont effectués entre des parties male et femelle chauffées d'un mcule, et dans lequel le façcnnage final et la solidification de l'article sont effectués entre l'une des parties chauffées du moule et une autre partie ou partie complémentaire du moule, dont la température est inférieure à celle de la ou des parties chauffées du moule. Le terme "moulage par injection" utilisé dans la présente description s'applique notamment au procédé connu sous le nom de "moulage par transfert", dans lequel la matière devant être moulée est transférée directement d'une chambre pressurisée et chauffée dans le moule à travers un orifice de transfert. De plus, l'expression "partie complémentaire du moule" désigne une partie du moule qui coopère avec la partie chauffée du moule pour produire la forme finale désirée de l'article. Cette partie "complémentaire" du moule n'a pas nécessairement une forme qui correspond à la forme de toute la partie chauffée du moule, et il n'est pas d'avantage nécessaire que sa forme soit identique à celle de sa contrepartie chauffée. Par exemple, la partie "complémentaire" du moule peut agir sur une partie seulement de l'article formé initialement et l'expression doit être comprise dans ce contexte. En outre, Itexpression "parties chauffées du mcule" désigne des parties du moule qui sont maintenues à une température élevée par rapport à la partie complémentaire du moule. Ncrmalement, cela implique un apport de chaleur aux parties dites chauffées mais dans certaines conditions où la température élevée désirée risque dSêtre dépassée, il peut être nécessaire de retirer une certaine partie (limitée) de la chaleur. La partie complémentaire du moule est normalement formée par une autre partie femelle du moule; dans ce cas, l'article tel que moulé initialement est transféré d'une première partie de moule femelle (chauffée) à cette autre partie de moule femelle (plus froide) par la partie de moule mêle chauffée. Toutefois, la partie complémentaire du moule peut également être formée par une autre partie mâle du moule; dans ce cas, l'article tel que moulé initialement reste dans la partie de moule femelle (chauffée) et, après l'extraction d'une première partie de moule mâle (chauffée), cette autre partie de moule mêle (plus froide) agit sur l'article ayant subi le moulage initial en conjonction avec la partie de moule femelle. En règle générale, la mise en oeuvre de l'invention comprend la production d'un article par une opération de formage ou de pressage en deux stades, nécessitant chacun l'interaction de deux parties de moule coopérantes, ces parties de moule étant du type utilisé dans une opération classique de moulage par injection, et l'une des parties de moule étant utilisée dans les deux stades. L'invention ne couvre pas le procédé de moulage en deux stades qui est connu sous le nom de moulage par injectionsoufflage; elle porte sur le façonnage d'un article au moyen de parties de moule du type mentionné ci-dessus, et les expressions "façonnage initial" et "façonnage final" utilisées dans la présente description doivent être comprises dans ce contexte. L'invention crée en outre un article produit selon le procédé défini ci-dessus, et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'appareil suivant l'invention comprend, dans une machine à mouler par injection, des parties mêle et femelle chauffées d'un moule, entre lesquelles un article à mouler subit un façonnage initial, et une autre partie de moule, capable de coopérer avec l'une des parties chauffées du moule, pour former avec elle une cavité dans laquelle sont effectués le façonnage final et la solidification de l'article, cette autre partie du moule étant maintenue à une température qui est inférieure à celle de la ou des parties chauffées du moule. D'autres caractéristiques et avantages de ltinventior ressortiront plus clairement de la descripticn qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs ainsi que des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en plan schématique dune presse à mouler par injection; - les figures 2A à 2F sont des représentations schématiques de blocs de moulage de cette presse, en différentes positicns consécutives pendant un cycle de moulage; - les figures 3A à 3F sont des représentations schématiques de blocs de moulage suivant une variante de réalisation. également en différentes positions consécutives pendant un cycle de moulage; - la figure 4 est une représentation schématique de blocs de moulage suivant une autre variante, en une seule position; et - la figure 5 est une représentation schématique de blocs de moulage suivant encore une autre variante, également en une position La figure 1 montre une presse à mouler par injection du type dans lequel deux blocs de moulage 10 et ll peuvent être approchés et écartés l'un de l'autre par un mouvement horizontal sur le bâti 12 de la presse. Le bloc de moulage mêle 10 peut être approché et écarté du blo de moulage femelle ll (fixe) par un mécanisme 13 qui travaille par voie hydraulique, pneumatique ou mécanique, et un appareil d'injection pressurisé 14 communique avec la cavité de moulage (non représentée) à travers un orifice d'injection (qui n'est pas non plus représenté). Le bloc de moulage mêle 10 comprend un plateau 15 sur lequel est montée une partie de moule mêle 16 (appelée ci-après "moule mêle"). Ce moule mâle est monté sur son plateau de façon à pouvoir coulisser transversalement à l'axe longitudinal de la presse, et à pouvoir être immobilisé successivement en alignement avec deux ou davantage de moules femelles 17 et 18. Les moules femelles 17 et 18 sont fixés sur un plateau stationnaire 19 et ils comprennent chacun une cavité qui coopère avec le moule mâle pour définir une cavité de moulage d'un article. Les figures 2A à 2F représentent schématiquement les blocs de moulage 10 et ll, détachés de la presse, en différents stades consécutifs d'un cycle de moulage. Dans cet exemple, le bloc de moulage mêle comprend un seul moule mêle 16 monté sur un plateau, tandis que le bloc de moulage femelle comprend un moule femelle primaire 17 et un moule femelle secondaire (cu supplémentaire) 18 qui sont tous deux montés sur un seul plateau. Le moule mêle 16 est maintenu à une température à peu près égale ou inférieure à la température de fusion de la matière thermoplastique devant être injectée dans la cavité de moulage, et le moule femelle primaire 17 est maintenu à une température qui est proche du point de fusion de la matière. Le moule femelle secondaire 18 est maintenu à une température plus basse que les autres moules, de préférence à la température ambiante. Pendant le fonctionnement de la presse, le moule mêle 16 et le moule femelle primaire 17 sont amenés de la position ouverte de la figur#e 2A à la première position fermée de la figure 2B. La matière thermoplastique fondue est ensuite injectée dans la cavité définie par les deux moules puis ceux-ci sont séparés l'un de l'autre (figure 2C) et l'article moulé ayant subi son façonnage initial est retiré du moule femelle primaire 17 par son adhérence-au moule mêle 16. La pièce moulée est représentée par les hachures sur les figures. Pendant ce stade, la pièce reste à l'état fondu ou partiellement fondu. Le moule mêle 16 est ensuite déplacé transversalement sur son plateau, jusqu'à ce qu'il vienne s'aligner avec le moule femelle secondaire 18 (figure 2DY; le moule mêle 16 se ferme sur ce moule femelle secondaire 18 pour assurer avec lui le façonnage final et la solidification de la pièce moulée (figure 2E). Les moules restent fermés pendant le temps nécessaire pour permettre un enlèvement facile de la pièce moulée; les moules s'ouvrent ensuite, comme représenté sur la figure 2F, et la pièce est éjectée. Le cycle est terminé après le retour du moule mêle à la position représentée sur la figure 2A. L'éjection de la pièce moulée peut être produite par un dispositif mécanique et/ou pneumatique. Suivant une variante du mode de mise en oeuvre qui vient autre décrit, le moule mêle 16 peut être fixe par rapport à son plateau, et les deux moules femelles 17 et 18 peuvent être montés de façon à pouvoir être déplacés ensemble dans le sens transversal sur le plateau 19. Les figures 3A à 3F représentent un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel deux moules mêles 16 et 16a sont montés sur le plateau 15, et dans lequel un moule femelle primaire central 17 et deux moules femelles secondaires 18 et 18a sont montés sur le plateau 19. Les deux moules femelles secondaires sont maintenus à la température plus basse dont il a été question ci-dessus. Les deux moules mâles peuvent être déplacés ensemble par rapport au plateau 15 de manière qu'ils puissent être alignés successivement avec le moule femelle primaire et l'un des moules femelles secondaires. Dans cet exemple, l'injection a lieu dans le moule femelle primaire central (comme décrit dans l'exemple précédent), tandis que la matière injectée précédemment subit son façonnage final et son refroidissement dans l'un des moules femelles secondaires, Comme il ressort des figures 3C et 3F, deux pièces peuvent être produites par cycle de moulage. Il est préférable que le mouvement transversal des moules soit linéaire et soit produit par un dispositif hydraulique, pneumatique ou autre, mais il est également possible de monter les moules mêles de façon qu'ils puissent tourner sur une voie circulaire. Dans certaines applications, il peut ne pas être nécessaire de soumettre tout l'article ayant subi le moulage initial à un façonnage final, auquel cas le moule mêle 16 ou 16a n'entrerait pas complètement dans le moule femelle secondaire 18 ou 18a. Une telle situation est représentée sur les figures 3A à 3F, où les moules femelles secondaires sont plus courts que le moule femelle primaire. La figure 4 représente un agencement assurant une répartition convenable des forces exercées sur les blocs de moulage 10 et 11 sur les cavités de moulage primaire et secondaires lorsqu un moulage initial se déroule en même temps qu'un ou plusieurs moulages finals. A cet effet, les moules femelles secondaires 18 et 18a sont montés sur leur plateau avec interposition d'amortisseurs 20, de type hydraulique ou autre, qui sont réglables. Cet agencement permet la diminution des forces exercées sur les moules femelles secondaires, La figure 5 montre encore un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. Dans cet exemple, une partie supérieure 21 du moule femelle primaire et une partie supérieure 22 correspondante des moules mêles sont refroidies ou chauffées différemment de la partie restante de ces moules. Par suite, seule la partie de l'ébauche (article ayant subi le façonnage initial) qui est exposée à la partie chauffée des moules reçoit sa forme définitive dans le moule femelle secondaire. Par exemple, pendant le moulage d'un article creux tel qu'un seau comprenant un bord ayant une section particulière, la partie des moules pour la formation du bord du seau est maintenue à basse température pour assurer le refroidissement rapide du bord. Le rapport entre les différentes parties du moule peut également être tel qu'une faible partie de la matière plastique ou semi-plastique exposée à la pression dans le moule secondaire 18 ou 18a soit refoulée hors de ce moule secondaire pour produire un changement extérieur de la section au-dessous du bord de l'article. Le maintien des différentes parties du moule à la température requise peut être effectué par une circulation de fluides dont la température est régulée à travers des passages formés dans les parties du moule, La température du moule femelle primaire est déterminée par la durée pendant laquelle la matière injectée reste en contact avec la surface du moule, c'est-à-dire jusqu'au moment où les moules s'ouvrent, cette durée étant telle que la matière soit encore suffisamment fondue au moment de l'ouverture des moules, et puisse encore être façonnée convenablement (par pressage) dans le moule femelle secondaire. Il s'ensuit que, lorsque la matière injectée reste pendant très peu de temps en contact avec la surface du moule femelle primaire, on peut utiliser des températures de moulage qui sont inférieures à la température de fusion de la matière injectée.Lorsque le contact entre la matière injectée et les surfaces de moulage dure plus longtemps, le moule femelle primaire doit être maintenu à une température qui est plus proche du point de fusion de la matière injectée. La température du moule maie doit être aussi élevée que possible pour faciliter l'écoulement de la matière injectée et pour permettre la formation d'une surface lisse exempte de contraintes, mais elle doit néanmoins être maintenue suffisamment au-dessous du point de fusion de la matière plastique pour permettre une vitesse de refroidissement qui est compatible avec la durée de cycle désirée et avec les propriétés physiques désirées de la pièce moulée. Les articles moulés en polyéthylène de forte densité d'un poids moléculaire de l'ordre de 200.000 et d'un point de fusion compris entre 122 et 1370C peuvent être injectés à des températures allant de 250 à 3100C, le moule mPle étant maintenu àune température comprise entre 50 et 1000C, le moule femelle primaire étant maintenu à une température comprise entre 100 et 140 C, et le moule femelle secondaire étant maintenu à la température ambiante. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le moulage par injection d'un article, caractérisé en ce que l'injection de la masse thermoplastique fondue et un façonnage initial de l'article sont effectués entre des parties mêle et femelle chauffées d'un moule, et en ce que le façonnage final et la solidif- cation de l'article sont effectués entre l'une des parties chauffées du moule et une partie de moule supplémentaire et complémentaire dont la température est inférieure à celle des parties chauffées du moule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie supplémentaire du moule est une seconde partie de moule femelle, à laquelle l'article est transféré par la partie mêle chauffée du moule après son façonnage initial. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le façonnage final de l'article est effectué entièrement dans ladite partie supplémentaire du moule. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le façonnage final de l'article est effectué partiellement dans ladite partie supplémentaire du moule. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie mêle du moule est maintenue à une température qui n'est pas supérieure au point de fusion de la matière thermoplastique, en ce que la partie de moule femelle mentionnée en premier est maintenue à une température voisine ou à peu près égale au point de fusion de la matière thermoplastique, et en ce que la seconde partie de moule femelle est maintenue à une température permettant la solidification de la matière thermoplastique. 6. Article moulé, caractérisé en ce qu'il est produit par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Dispositif de moulage destiné à être utilisé dans une machine à mouler par injection, caractérisé en ce qu'il comprend des parties mêle et femelle chauffées d'un moule, entre lesquelles un article à mouler en une matière thermoplastique est façonné initialement, et une partie de moule supplémentaire qui est capable de coopérer avec l'une des parties chauffées du moule pour définir avec elle une cavité dans laquelle sont effectués le façonnage final et la solidification de l'article, la partie de moule supplémentaire pouvant être maintenue à une température qui est inférieure à celle de la ou des parties chauffées du moule. 8. Dispositif de moulage selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pendant le façonnage initial de l'article, la partie mêle du moule coopère avec la partie de moule femelle mentionnée en premier ou partie de moule femelle primaire, pour définir avec elle une cavité de moulage, la partie de moule mâle pouvant être déplacée par rapport à ladite partie de moule femelle primaire, de manière qu'elle puisse coopérer avec une partie de moule femelle secondaire et qu'elle puisse définir avec celle-ci la cavité dans laquelle sont effectués le façonnage final et la solidification de l'article, la partie de moule mêle étant capable de transférer l'article de la partie de moule femelle primaire à la partie de moule femelle secondaire, la partie de moule mêle pouvant être maintenue à une température qui n'est pas supérieure au point de fusion de la matière thermoplastique, la partie de moule femelle primaire pouvant être maintenue à une température qui est de l'ordre de la température de fusion de la matière dont est fait l'article, et la partie de moule femelle secondaire pouvant être maintenue à une température permettant la solidification de la matière dont est fait l'article. 9. Dispositif de moulage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend plus d'une partie de moule mêle et un nombre correspondant de parties de moule femelles secondaires, l'agencement étant tel que pendant qu'une partie de moule mêle coopère avec la partie de moule femelle primaire, une autre partie de moule mêle coopère avec l'une des parties de moule femelles secondaires. 10. Dispositif de moulage selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les dimensions de la partie de moule femelle secondaire, ou de chacune des parties de moule femelles secondaires, sont telles qu'elle puisse recevoir tout l'article formé initialement dans la partie de moule femelle primaire. 11. Dispositif de moulage selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les dimensions de la partie de moule femelle secondaire, ou de chacune des parties de moule femelles secondaires, permettent la réception d'une partie de l'article formé initialement dans la partie de moule femelle primaire. 12. Dispositif de moulage selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la ou les parties de moule mêles sont montées sur un plateau, de manière qu'eBspuissentêtre déplacéesen deux sens opposés par rapport aux parties de moule femelles. 13. Dispositif de moulage selon l'une quelconque des revendi- cations 8 à 12, caractérisé en ce qu'une petite portion de chacune des parties mâles du moule et de la partie de moule femelle primaire est maintenue à une température permettant la solidification de la matière dont est fait l'article et qui vient en contact avec ladite portion.