Brevet FR2170220A1 — publié le 19730914

La présente invention concerne un moule à injection destiné à la fabrication de pièces moulées en une matière constituée par un haut polymère, en particulier en vue de la fabrication de verres de lunettes en matière plastique à surfaces de poli optique, et qui peuvent titre planes ou avoir une courbure prédéterminée. Il est connu depuis longtemps d'utiliser pour la fabrication de verres de lunettes des matières plastiques à la place des verres silicatés. Les verres en matière plastique présentent, par rapport aux verres minéraux utilisés couramment pour les lunettes, l'avantag. dtêtre incassables et, de plus, présentent dans divers domaines d'applications, par exemple dans le cas de la fabrication de lunettes protectrices, ltavantage d'une plus grande insensibilité vis-à-vis des actions mécaniques et chimiques provoquées par des particules volant çà et là. Il existe en principe deux procédés de fabrication de verres de lunettes en matière plastique, à savoir d'une part le moulage par injection dans lequel on met en oeuvre des matières thermoplastiques et thermodurcissables et, d'autre part, le moulage simple, dans lequel on peut mettre en oeuvre des matières plastiques thermodurcissables très diverses, en particulier le diéthylène glycoldiallylcarbonate. Le moulage simple, dans lequel une résine thermodurcissable, en particulier à base de di éthylène glycoldiallylcarbonate, par exemple la résine connue dans le commerce sous le nom de CR 39, est coulée dans un moule dans lequel les parties du moule délimitant l'espace de remplissage sont constituées par une masse de verre dont la surface est rectifiée et polie - opération qui doit entre suivie dtune polymérisation d'une durée de plusieurs heures à chaud - nécessaire pour l'obtention de verres de lunettes terminés. Cette polymérisation conduit certes à des verres ayant un bon état de surface, mais présente cependant l'inconvénient que la réalisation des moules en verre nécessaires est très coûteuse.Par ailleurs ce procédé de fabrication nécessite beaucoup de main d'oeuvre. La fabrication des divers verres de lunettes par moulage par injection nécessite, à la vérité, sensiblement moins de main d'oeuvre, si bien que ce procédé permet, en principe, la réalisation de verres de lunettes à un prix de revient inférieur à celui du moulage simple; cependant on n'a pas pu produire jusqutici pratiquement des verres moulés par injection ayant une qualité de surface suffisante. Ceci est la conséquence du fait qu'on a tenu jusqu'à présent pour indispensable d'utiliser comme matière pour les moules à injection des aciers spéciaux de haute qualité qui, cependant, ont une aptitude au polissage insuffisante et-par ail leurs-stusent rapidement en service.Si lton doit produire en série par moulage par injection des pièces moulées en un haut polymère, à surface de haute qualité, il faut exiger un degré de pureté élevé des aciers spéciaux utilisés pour la fabrication des pièces moulées. Par conséquent, on utilise dans tous les cas des aciers spéciaux qui ont été élaborés par coulée sous vide, cependant que les moules destinés à la fabrication de lentilles pour caméras et de loupes sont meme parfois réalisés en acier fondu par bombardement électronique.Ceci est nécessaire étant donné que les sollicitations qui peuvent être appliquées éventuellement aux moules, ainsi que les conditions imposées concernant l'exactitude des cotes et la qualité de surface de la pièce coulée terminée, conduisent à une série de conditions auxquelles doit satisfaire la matière du moule de coulée : grande pureté et grande homogénéité, bonne usinabilité, faible retrait au cours des traitements thermiques (coefficient de dilatation thermique très petit), grande dureté, grande résistance à l'usure, grande aptitude au polissage, grande résistance à la chaleur, grande résistance aux variations de température, résistance au choc suffisante, résistance élevée à la corrosion et frais de fabrication réduits. Jusqu'à présent, il a été impossible de mettre en harmonie la dernière condition citée, à savoir que la fabrication du moule ne doit occasionner que des frais relativement peu élevés, avec les autres conditions. Par ailleurs, il a été jusqu'à maintenant en principe impossible, malgré toutes les précautions prises lors de la fabrication des moules à injection, de réaliser de grandes surfaces de matière plastique (supérieures à 10 cm2) par moulage par injection, avec une absence de défauts telle qutelles possèdent un poli spéculaire sans irrégularité. Il faut tenir compte ici du fait que, étant donné que l'état de surface de la pièce de matière plastique à fabriquer est déterminé tout d'abord par la structure des surfaces du moule à injection limitant ltespace de remplissage, et que le polissage d'aciers spéciaux de haute qualité présuppose cependant beaucoup de savoir-faire professionnel et de soin, les frais de fabrication du moule sont très élevés. L'invention vise l'obtention d'un moule à injection du type mentionné ci-dessus qui convient en particulier pour la réalisation de composants optiques, tels que des verres de lunettes, par moulage par injection et avec lequel les avantages cités en dernierfaibles frais de fabrication- sont associés à la qualité des pièces moulées obtenue par le procédé utilisant des moules à injection en verre. Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait que les parties du moule limitant ltespace de remplissage et en contact avec la matière à mouler par injection sont constituées par un verre minéral à base de céramique, dénommé Zerodur (marque déposée). On a déjà mis en oeuvre à titre expérimental en République Fédérale d'Allemagne, ainsi qutaux Etats-Unis, un verre silicaté utilisé comme matière première pour la réalisation du "moule de base" d'une presse à injection. Ceci avait pour but de tirer profit de l'aptitude exceptionnelle au polissage du verre pour réaliser ainsi des moules à surface de haute qualité. Cependant, ces essais ont été jusqu'à maintenant des insuccès à l'exception de petites pièces moulées (diamètre inférieur à 44 mm). n est probable que, du fait de la résistance insuffisante aux variations de température du verre utilisé ainsi que des efforts mécaniques transmis aux parties du moule en verre par l'intermédiaire de la mince couche de colle avec laquelle ces parties en verre étaient réunies au moule de base, et qui sollicitaient irrégulièrement les pièces du moule en verre à la traction et à la compression, les pièces rapportées collées à l'intérieur du moule de base en acier se brisaient lors de la mise en oeuvre du procédé décrit, au bout de quelques moulages seulement. Par ailleurs, la liaison par collage de ces pièces rapportées au moule de base en acier présente l'inconvénient que ces pièces rapportées ne pouvaient entre ni changées, ni rajustées. Par ailleurs, l'interchangeabilité et la possibilité de réglage des pièces rapportées ont une importance exceptionnelle pour le moulage par injection. Le verre minéral céramique (Zerodur) utilisé selon l'invention pour les pièces du moule en contact avec la matière à mouler par injection se distingue par un coefficient de dilatation thermique extraordinairement petit, qui peut être encore dix fois plus petit que le coefficient de dilatation thermique du verre de silice connu comme étant très intéressant à ce point de vue. Le coefficient de dilatation thermique du verre minéral Zerodur peut être compris, dans l'intervalle 20#5000C, entre 0 et + 1 (10 7)/oC. On obtient dans ces conditions une résistance si élevée aux variations de température que des changements brutaux de température lors du traitement de la matière plastique peuvent être supportés sans risque de rupture par les pièces du moule.Le coefficient de dilatation thermique est pratiquement nul dans le domaine des températures de traitement des matières thermoplastiques et thermodurcissables. Ce verre minéral céramique, fabriqué et mis dans le commerce sous le nom Zerodur par la firme Jenaer Glaswerke Schott et Gen, Mayence (République fédérale d1Allemagne), s'est révélé particulièrement approprié et dépasse de loin les matières céramiques classiques telles que par exemple la porcelaine, en ce qui concerne la dureté, la résistance mécanique et la résistance au choc thermique. Le verre minéral Zerodur mis en oeuvre selon l'invention présente les avantages ci-après : sa texture est parfaitement exempte de pores et les pièces de moule réalisées à partir du verre minéral Zerodur peuvent recevoir un poli remarquable, cette aptitude au polissage n'étant pas inférieure à celle des verres optiques classiques. Le verre minéral Zerodur se distingue également par une dureté Vickers élevée (pour une charge de 50 kg, de 950+80 kgf/mm2). Par ailleurs, le verre minéral Zerodur est très stable vis-à-vis des agents chimiques. Par conséquent, les parties du moule qui sont en contact avec la matière à mouler par injection et qui sont fabriquées en verre minéral Zerodur satisfont ainsi presque parfaitement à toutes les conditions imposées à la matière pour moule. Il est particulièrement avantageux que tout traitement thermique des pièces du moule constituées par du verre minéral Zerodur soit supprimé; ces traitements thermiques peuvent conduire souvent, même en prenant des précautions extrêmes, à des échecs avec les aciers. On établit ainsi, conformément à l'invention et de manière surprenante, les bases de la production économique de pièces en matières plastique avec des surfaces impeccables du point de vue optique, grâce à la mise en oeuvre de procédés connus de l'indus- trie des matières plastiques. L'invention englobe par ailleurs aussi la su-ggestion d'utiliser avantageusement les verres minéraux cramiques également pour les outils ci-après destinés au traitement des matières plastiques et du caoutchouc : poinçons pour le travail de résines synthétiques à mouler durcissables; moules pour le moulage par rotation de pâtes; moules pour le moulage sous vide et ltemboutissage; cylindres pour calandres et pièces rapportées pour les moules à compression destinés à la vulcanisation de mélanges à base de caoutchouc.Dans tous ces cas, les caractéristiques essentielles des pièces mouléés en verre minéral céramique sont utilisées à fond selon les principes de la présente invention. Une forme de réalisation préférée de l'invention prévoit un moule de base en acier dans lequel les pièces du moule en verre minéral Zerodur sont mises en place de manière amovible. On peut prévoir en outre la fixation des pièces moulées en verre minéral Zerodur au moule de base par un dispositif à serrage. On incorpore de préférence deux moitiés de moule en verre minéral Zerodur, qui limitent par leur coopération l'espace de remplissage du moule à injection. Il est recommandé de réaliser le moule de base en deux parties. Un moule à injection destiné à la fabrication de pièces moulées ayant une surface plane ou légèrement courbée par moulage par injection se distingue par le fait que les pièces moulées réali-sées en verre minéral Zerodur et les pièces du moule de base ont des formes sensiblement planes. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel : la figure unique représente un exemple de réalisation d'un moule à injection selon l'invention destiné à la fabrication de plaques de matière plastique planes et impeccables du point de vue optique. Dans cet exemple, deux disques de verre minéral 1 et 2, chacun de 15 mm d'épaisseur, qui ont été rectifiés et polis du c8té tourné vers l'espace de remplissage du moule, sont fité chacun à l'aide d'une bague. de fixation conique 3, 4 aux plaques 5, 6 du moule de base en acier. Les bagues 3, 4 sont en alliage de nickel Ni 42, matière n0 3 917. Les bagues de-serrage 3 et 4 sont réunies par des vis 7 aux plaques 5 et 6 du moule, solidement, mais de manière amovible. Comme l'indique la figure, l'espace de remplissage du moule à injection est limité, à ltexception du bord exclusivement par les pièces rapportées en verre minéral 1 et REVENDICATIONS 1 - Moule à injection destiné à la fabrication de pièces moulées en haut polymère, caractérisé par le fait que les parties du moule limitant l'espace de remplissage, en contact avec la matière de moulage, sont en verre minéral céramique, par exemple en Zerodur (marque déposée). 2 - Moule à injection selon la revendication 1, dans lequel il est prévu un moule de base en acier, dans lequel les parties du moule en verre minéral céramique sont fixées de manière amovible. 3 - Moule à injection selon la revendication 2, dans lequel les parties du moule en verre minéral céramique sont réunies au moule de base par un dispositif de fixation à serrage. 4 - Moule à injection selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel deux parties du moule en verre minéral céramique concourent à limiter l'espace de remplissage du moule. 5 - Moule à injection selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le moule de base est en deux parties. 6 - Moule à injection selon les revendications 4 et 5, destiné à la fabrication de pièces planes par moulage par injection, dans lequel les pièces du moule constituées par un verre minéral céramique et les parties du moule de base en contact avec les précédentes ont une forme essentiellement plane. 7 - Moule à injection selon la revendication 3, dans lequel chacune des pièces du moule en verre minéral céramique est maintenue par une bague de fixation, dont chacune est fixée de façon amovible à une partie du moule de base. 8 - Moule à injection selon la revendication 7, dans lequel les bagues de fixation sont en un alliage de fer et de nickel contenant plus de 32 ffi de nickel. 9 - Moule à injection selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel les parties du moule en verre minéral céramique ainsi que les bagues de fixation ont respectivement la forme de canes complémentaires l'un de l'autre. 10 - Moule à injection selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel les bagues de fixation sont vissées au moule de base.