Brevet FR2186349A1 — publié le 19740111

La présente invention concerne l'extrusion de polymères en mousse. Il est connu de produire des profilés extrudés en mousse de matières plastiques/de grande densité pour des objets tels que des cadres de tableaux, Des moulures ou des encadrements de fenêtres et de portes. T1 est possible de faire en sorte que les mousses très denses ressemblent au bois quant à leurs propriétés mécaniques et au toucher et le polymère peut être coloré convenablement pour ressembler au bois. Un mode opératoire qui a été proposé pour extrader une matière plastique mousse très dense consiste à extruder la mousse à partir d'une filière profilée directement dans un chEssis profilé pour limiter les dimensions externes. La filière comporte un noyau massIf ,de sorte que la dimension externe est limitée par le châssis lorsque le polymère se dilate dans ce dernier et la matière plastique se dilate vers l'intérieur pour remplir le vide créé per le noyau de la filière. Ce processus donne un produit irrégulier dans lequel le centre du profilé tend à présenter une densité plus faible et une grosseur de cellulesbeaucoup plus grande luron le désirerait. L'utilisation de châssis de moulage placés à distance de 3.a filière est bien connue dans le domaine de lrextru sion des profiles en polymères thermolplastiques massifs. Ces châssis sont utilsés pour limiter les dimensions externes du profilé pendant lt- duroissement du polymère et,d:une façon générale, ils ont une section droite analogue à celle de la filière. Lorsque ce mode opératoire est appliqué à la production de profilés en mousse de ma@@@ère plastique de faible densité, la matière plastique peut s'expanser librement en quittant la filière avant d'entrer dans le châssis qui est utilisé simplement pour déterminer la forme externe au profilé. Une légère compression est inévitable mais est gênante, car il s'agit de réaliser un produit de faible densité. Cette compression est la cause d'une augmentation de la densité du produit de plus de 0,016 ou 0,032 g/cm3. La présente invention a pour objet un procédé per fectioriré d'extrusion de polymères en mousse de grande densité. Par conséquent, la présente invention concerne un procédé dtextrusion dtun polymère thermoplastique moussable qui consiste à extruder un polymère thermoplastique moussable à travers ltorifice d'une filière, à laisser le polymère stexpan ser hors de la filière à une densité qui ntest pas inférieure à 0 > 16 g/cm3, et à comprimer le polymère pendant qutil est encore à ltétat ramolli par la chaleur pour augmenter sa densité à ltétat expansé d'au moins 0,048 g/cm3 dans un ou plusieurs châssis refroidis dans lesquels le polymère se durcit. le polymère thermoplastique peut être n'importe quelle matière thermoplastique qui peut être transformée en mousse par la présence d'un agent de gonflement > mais il sragit de préférence du polystyrène. Il est introduit dans l'extrudeuse sous la forme de pastilles à mousser contenant un agent de gonflement ou bien un agent de gonflement peut être injecté directement dans le polymère en cours d'extrusion,ou on peut utiliser une combinaison de ces modes Ôpératoires. Pour produire des stries, des. effets simulant le grain du bois, etc., il est possible dLintroduire dans lrextrudeuse des pastilles de polymères de couleurs différentes. On connatt de nombreux agents de gonflement. Ce sont habituellement des gaz ou des liquides volatils dans les conditions normales de température et de pression. Des exemples comprennent des hydrocarbures aliphatiques inférieurs tels que le chloroforme et le chlorure de méthyle et des gaz tels que l'azote ou l'anhydride carbonique. les agents de gonflement préférés pour le styrène sont le pentane et le chlorure de méthyle seuls ou en mélange. En variante, il est possible d'utiliser un agent de gonflement chimique qui engendre un gaz in situ, par exemple la dinitrosopentaméthylène-diamine ou l'azodicarboxylate de baryum. Pour obtenir une mousse de qualité uniforme et de petites cellules, il est généralement souhaitable d'utiliser un agent de germination. Un agent de germination particulièrement approprié est un mélange d'acide citrique et de bicarbonate de sodium. La quantité d'agent de gonflement utilisée est avantageusement comprise entre 0,2 et 20 4a5 du poids du polymère. En utilisant le pentane avec le polystyrène, la quantité dtagent de gonflement est comprise avantageusement entre 0,2 et 5,0 % en poids, de préférence entre 0,5 et 2,0 %. En général, la mousse est d'autant plus dense que la quantité d'agent de gonflement est plus petite. les conditions classiques pour Irextrusion de ma tières thermoplastiques en mousse conviennent, par exemple des températures de la filière comprises entre 1050 et 1900C pour le polystyrène. La filière peut avoir n'importe quel profil voulu et doit avoir le même profil que le produit final désiré, bien quTelle puisse présenter une section plus petite que celle du produit final. On a constaté qu'il est souhaitable d'utiliser une plaQue perforée immédiatement en amont de la filière. les perforations peuvent avoir n1 importe quelle forme de section droite et leur section totale est de préférence plus petite que celle de la filière. le polymère peut s'expanser à la sortie de la filière, cette expansion se produisant de préférence librement à l'air avec ou sans refroidissement supplémentaire, par exemple au moyen dtun courant d'air réglé. La quantité de l'agent de gonflement et les conditions d'extrusion doivent être ajustées pour que la densité obtenue après expansion soit supérieure à 0,16 g/cm3 et de préférence comprise entre 0,32 et 0,8 g/cp pour une mousse de polymère à utiliser comme produit de re.mpla- cement du bois. Pendant que le polymère est à l'état ramolli par la chaleur, il est ensuite Introduit dans le châssis de moulage qui présente un profil et des dimensions correspondant à ceux de lrobjet final désiré. Afin de permettre une expansion suffisante de la mousse dans un appareil d'extrusion classique dans lequel la mousse est extrudée dans une direction sensiblement horizontale dans l'air à la température ambiante, mais pour évi- ter un durcissement avant qu'elle atteigne le chåssis, lten9rée de ce dernier doit être convenablement à une distance comprise entre 12 et 900 mm de la sortie de la filière et de préférence a une distance comprise entre 50 et 200 z. IL peut etre necessai- re de faire varier cette distance si 12on effectue une extrusion verticale. le degré nécessaire de compression est obtenu en donnant au châssis une section finale plus petite que la section maximale atteinte lorsque la mousse se dilate à la sortie de la filière.La section du châssis peut éventuellement diminuer du point d'entrée de la mousse à la section finale pour faciliter ltentrée de la mousse. La compression doit être au moins snffisan- te pour augmenter la densité de la mousse de 0,048 g/cm3,mais de préférence pas au-delà de 0,16 g/cm3. le degré préféré de compression est compris entre 0,064 et 0,096 g/cm3. la température du châssis de moulage peut être réglée convenablement entre 25 et 600C pour le polystyrène. On dispose de préférence un second chassie de moulage de même section que le premier immédiatement en aval du premier châssis de moulage, en le maintenant de préférence à une température inférieure à celle du premier châssis. En variante, il est possible de diminuer progressivement la température le long du chassis. La température du second châssis ou la température minimale du châssis est comprise avantageusement entre 0 et 2500 pour le polystyrène. te procédé de la présente invention donne des produits uniformes présentant une surface parfaitement polie. les exemples suivants sont donmés à titre illustra tif,mais non limitatif de ltinvention. Exemple 1 On mélange dans un récipient fermé pendant 20 minutes 10 kg de polystyrène ordinaire contenant 0,5 % en poids de m-peftane avec 49,6 g de bicarbonate de sodium et 30 g d'acide citrique anhydre. On extrude le mélange obtenu à partir d'une extrudeuse a une seule vis d'un diamètre de 50 mn dans une filière dtun diamètre de 19 mm maintenue à une température de 14000. te produit extrudé est introduit dans un chassis de moulage tubulaire dtun diamètre de 25 mm, refroidi par eau, à une température de 250C et placé de manière que son entrée soit à 75 mu de la sor tie de la filière. A partir du châssis, le produit extrudé passe dans un bain de refroidissement après coup comprenant des jets d'air et d'eau avant drêtre acheminé par un transporteur vers un appareil de découpage. Le produit présente une surface lisse, une répartition uniforme des cellules et une densité de 0,4 g/cm3. La densité minimale atteinte à la sortie de l'extrudeuse est d'environ 0,32 g/cm3. Exemple 2 On mélange dans un récipient fermé pendant 20 minutes 10 kg de polystyrène ordinaire contenant 1,25 % en poids de n-pentane avec 25 g de bicarbonate de sodium, 20 g d'acide citrique anhydre et 50 g d'un pigment brun à base d'oxyde de fer. On extrude le mélange à travers une extrudeuse à une seule vis d'un diamètre de 50 mm équipée d'une filière profilée maintenue à une température de 16000. Le produit extrudé passe dans un châssis de moulage maintenu à une température de 250G et dont rentrée est à 100 mm de la sortie de la filière. La 2 surface de section droite de la filière est de 0,945 cm ,tandis que la section droite du châssis et,par suite, la section du produit final est de 3,13 cm2.Après avoir quitté le châssis refroi- di par eau, le produit extrudé est acheminé sur un train de rouleaux transporteurs en passant dans un bain d'eau de courte longueur et à travers des jets d'air de refroidissement. le produit résultant a un aspect lisse, est analogue à un bois dur à grain fin quant au toucher, présente une réparti- tion uniforme des cellules et est de couleur brun rougeâtre. Sa densité est de 0,656 g/cm3. La densité minimale atteinte à la sortie de l'extrudeuse est d'environ 0,576 g/cm3. Exemple 3 On répète les opérations de l'exemple 2 dans les mêmes conditions, excepté qu'on utilise deux chåssis de moulage, le premier étant maintenu à une température de 5000 et le second qui est placé immédiatement en aval du premier, est maintenu a 500. On obtient un produit de densité analogue ayant un poli très brillant. Essai comparatif On répète les opérations de ltexemple 2 en utilisant un châssis de moulage ayant une surface de section droite de 2 3 3,48 cm . La densité du produit résultant est de 0,592 g/cm La section du produit est déformée et les angles vifs du profilsont arrondis. Cet exemple montre que l'on obtient un profil peu satisfaisant lorsque la compression est inférieure à 0,048 g/c & Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extrusion dtun polymère thermoplastique moussable, caractérisé on ce qu'il consiste à extruder un polymère thermoplastique moussable à travers l'orifice d'une fi lière, à laisser le polymère stexpanser hors de la filière à une densité d'au moins 0,16 g/cm3 et à comprimer le polymère pendant qu'il est encore à l'état ramolli par la chaleur pour augmenter la densité à l'état expansé d'au moins 0,048 g/cm3 dans mon ou plusieurs châssis do moulage refroidis dans lesquels le polymère se durcit. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est le polystyrène. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des pastilles de polymère de couleurs différentes sont introduites dans ltextrudeuse. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le pentane et le chlorure de méthyle seuls ou en mélange sont utilisés comme agents de gonflement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 4, caractérisé en ce quton utilise un mélange d'acide citrique et de bicarbonate de sodium comme agent de gernination. 6. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la quantité d'agent de gonflement utilisée est comprise entre 2 et 20 %. 7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on utilise de 0,2 à 5,0 % en poids de pentane comme agent de gonflement pour le polystyrène. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise de 0,5 à 2,0 % en poids de pentane. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température de la filière d'extrusion est comprise entre 1050 et 1900C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on place une plaque perforée immédiatement en amont de la filière. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la surface totale-de section droite des perforations est plus petite que la section droite de la filière. 12. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la densité atteinte après expansion est comprise entre 0,32 et 0,8 g/cm3. 13. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ltentrée du chassies refroidi est située à une distance comprise entre 50 et 200 mm de la sortie de la filière,lorsque la mousse est extrudée dans une direction sensiblement horizontale dans ltair à la température ambiante. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la densité de la mousse est augmentée au maximum de 0,16 g/cm3. 15. Procédé selon la revendication 14, caractetrisé en ce que la densité de la mousse est augmentée de 0,064 à 0,096 g/cm3. 16. Procédé selon l'une quelconque-des revendications 2 à 15, caractérisé en ce que la température du chassies de moulage est comprise entre 25 et 6000. 17 Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qutun second châssis de moulage de meme section que le premier est placé immédiatement on aval du premier chassis et est maintenu à une température inférieure à celle du premier chassis. 18..Procédé selon lrune quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que la température est abaissée progressivement le long du châssis de moulage. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 17 et 18, caractérisé en ce que la température du second chassies ou la température minimale du châssis dont la température est progressivement abaissée, est comprise entre 0 et 2500. 20. Polymère thermoplastique en mousse, caractérisé en ce qutil est préparé par un procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 19.