Brevet FR2196896A1 — publié le 19740322

La présente invention, due aux travaux de Monsieur André Henri Jean ANSART, est relative à un procédé et une installation de fabrication d'objets creux en matière plastique. Jusqu'ici, la fabrication d'objets creux en matière plastique a surtout reposé sur l'extrusion-soufflage et le moulage par rotation. Dans les deux cas, l'appareillage de base est déjà, par lui-même, relativement onéreux ; il sly ajoute le prix de tous les outillages individuels, tels que les moules, qui sont nécessaires pour conformer, dans une série de pièces, chacune de celles-ci à sa dimension propre. Si en outre les pièces à fabriquer ont des dimensions importantes, on renonce à employer les matières plastiques, quels que soient leurs avantages, et on se limite aux matériaux habituels. En effet, si, jusqu'à ce jour, on a fabriqué des objets en matière thermoplastique de grandes dimensions, notamment des feuilles ou plaques, on les a soit utilisés tels quels, soit assemblés par des moyens traditionnels (vissage ou collage) pour les utiliser par exemple comme parties de boîtiers ou carrosseries d'appareils ou machines. On a toutefois reculé devant une utilisation plus poussée, faisant appel au soudage, la technique de soudage des matières plastiques n'ayant pas été maîtrisée jusqu'à ce jour et ne s'avérant pas donner des assemblages de qualité durable. C'est pourquoi la présente invention a pour but d'offrir un procédé par lequel on puisse obtenir des objets creux en matière plastique d'une façon qui soit économique et qui permette d'exécuter des objets de dimensions variées. A Acet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'objets creuxsen matière plastique, caractérisé en ce que l'on forme des éléments à partir de cette matière plastique, on assemble ces éléments par soudage, on chauffe l'assemblage de façon à ramollir la matière, puis on le gonfle à la forme et aux dimensions voulues de l'objet. L'invention a également pour objet une installation permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste de formage d'éléments, un poste de soudage et un poste de chauffage et de gonflage. Elle a aussi pour objet les objets creux en matière plastique obtenus à l'aide du procédé et de l'installation précités. L'invention trouve, entre autres, une application avantageuse dans la réalisation de radiateurs de chauffage central en matière plastique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, rapportée aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels la Fig. 1 représente une vue de dessus d'une chaîne de radiateurs de chauffage central en matière plastique réalisés selon l'invention, avant séparation des différents radiateurs par coupe transversale la Fig. 2 est une vue en coupe transversale partielle de l'un des radiateurs de la Fig. 1, prise suivant la ligne Il-Il de cette figure la Fig. 3 est une vue schématique d'une installation conforme à l'invention destinée à la fabrication de radiateurs en polyéthylène réticulé la Fig. 4 est une vue en coupe transversale partielle, analogue à celle de la Fig. 2, des plaques qui constituent les demiproduits de cette fabrication de radiateurs, après soudage, mais avant gonflage, cette vue montrant l'implantation d'aiguilles d'injection de fluide sous pression pour le gonflage la Fig. 5 est une vue en coupe transversale partielle analogue montrant un cadre limiteur de gonflage utilisé dans l'installation de la Fig. 3. Chacun des corps de radiateur des Fig. 1 et 2 est constitué de deux plaques en polyéthylène identiques et superposées 1 et 2. Chaque corps présente plusieurs cavités longitudinales 3, sensi blement cylindriques, adjacentes les unes aux autres et séparées les unes des autres par des zones rectilignes et planes de soudure 4. Chaque corps de radiateur est limité latéralement par des zones de soudure analogues 5. Les soudures 4 sont toutefois discontinues le long de la chaîne de radiateurs, s'arrêtant à une certaine distance de chacune des deux extrémités de chaque corps de radiateur, de façon à ménager aux deux extrémités des cavités transversales 6 de forme également sensiblement cylindrique et qui font communiquer entre elles les diverses cavités 3 et sont utilisées pour l'arrivée et l'évacuation du fluide calo rifère. Les soudures 5 sont, au contraire, réalisées en continu de façon à fermer latéralement chaque radiateur sur toute sa longueur.Les cavités transversales 6 sont limitées, aux deux extrémités de chaque corps de radiateur, par des zones de soudure transversales, planes et rectilignes 7 sur toute la largeur du corps ; la coupe effectuée ultérieurement entre les différents corps dans le sens longitudinal est facilitée par la présence des deux zones de soudure transversales adjacentes 7 qui sont réalisées chacune à une extrémité de l'un des deux corps à séparer et qui ménagent entre elles une zone 8 non soudée, la coupe se faisant dans l'axe 9 de cette zone 8. L'installation de fabrication de la Fig. 3 est disposée en ligne et comprend, d'une façon générale, et successivement de l'amont vers l'aval, un poste d'extrusion 10, un poste de soudure 11, un poste de gonflage 12, un poste de réticulation 13 et un poste de coupe 14. Le poste d'extrusion 10 comprend deux extrudeuses à filières plates 15a et 15b disposées l'une au-dessus de l'autre, et qui sont capables, dans l'exemple non limitatif d'application décrit, d'un débit de 50 à 200 kg/h de polyéthylène réticulable, tandis que la largeur des filières est de 500 à 2000 mm et la distance entre leurs lèvres de 2 à 6 mm. Dans ces dernières conditions, la vitesse linéaire de défilement des plaques extrudées 16a et 16b est de 20 à 100 mètres par heure. Quatre cylindres transversaux parallèles 17a, 18a, 17b, 18b sont disposés à une certaine distance des extrudeuses de façon à rapprocher les plaques l'une de l'autre, les deux cylindres aval, 18a et 18b, ménageant entre eux un passage de hauteur égale au double de la distance entre les lèvres des filières. Le poste de soudure 11 comprend, montés en série, un appareil 19 de réalisation de soudures longitudinales constitué d'équipements de soudage discontinu pour les zones 4 et d'équipements de soudage continu pour les zones 5, ces divers équipements étant montés en parallèle et en nombres correspondants à ceux des zones 4 et 5, et un appareil 20 de réalisation de soudures transversales pour les zones 7. Chacun des équipements de l'appareil 19 comprend un organe de chauffage 21, constitué par exemple par des rampes à air chaud, des patins chauffants ou un émetteur d'ultra-sons, et un organe de pressage 22 constitué par exemple par des molettes. Les équipements de soudage discontinu sont montés escamotables de façon à pouvoir laisser demeurer les cavités transversales 6 et les zones non soudées 8 entre les corps. L'appareil 20 de réalisation des soudures transversales est par exemple du type à pinces chauffantes 23, ces pinces étant,en plus de leur mouvement de serrage, animées d'un mouvement alternatif de translation longitudinale leur permettant d'accompagner les plaques 16a et 16b pendant le temps nécessaire au soudage. Le poste de gonflage 12 et le poste de réticulation 13 sont constitués en commun par une étuve 24 capable d'une puissance de chauffe de 10 à 60 kW. Cette étuve 24 comporte, au poste de gonflage 12, un dispositif 25 d'injection de fluide sous pression et un cadre 26 limiteur de gonflage. Le dispositif 25 d'injection de fluide sous pression est constitué par exemple d'un équipement 27 distributeur et planteur d'aiguilles d'injection et d'un équipement 28 d'injection proprement dite. I1 est à noter que l'implantation des aiguilles peut se faire en n'importe quel point de la surface extérieure du corps de radiateur, pourvu que l'aiguille débouche, entre les plaques 16a et 16b, dans le volume délimité par les zones de soudure extérieures 5 et 7 et fractionné par les zones de soudures longitudinales discontinues 4 ; c'est ainsi que l'on peut, comme le montre la Fig. 4, planter les aiguilles en 29a perpendiculairement au plan moyen des plaques 16a et 16b ou bien en 29b suivant ce plan moyen à l'endroit des zones de soudure longitudinales continues 5 ; cet équipement 27 pourrait également être disposé, sur la ligne de fabrication en amont du poste 11 de soudure des plaques. L'équipement 28 d'injection de fluide sous pression, quant à lui, fait obligatoirement partie du poste de gonflage 12, il est par exemple constitué par un branchement mobile et souple relié à une source de fluide sous pression et qui vient coiffer les extrémités libres des aiguilles en place, au fur et à mesure de leur défilement. Le cadre limiteur de gonflage 26 consiste, comme le montre la Fig. 5, en un cadre à section rectangulaire, ayant pour cotes intérieures les dimensions d'un rectangle enveloppant la section du radiateur à fabriquer une fois gonflé ; dans l'exemple de réalisation décrit, la largeur de ce rectangle peut être de l'ordre de 20 à 50 mm. Ce cadre est disposé à la sortie du poste de gonflage 12, comme le montre la Fig. 3. L'étuve unique 24 pourrait être remplacée par deux étuves distinctes, de gonflage et de réticulation, le cadre 26 étant alors disposé à la sortie de l'étuve de gonflage. Le poste de réticulation 13 est constitué par la seconde partie de l'étuve 24 ou éventuellement par une seconde étuve. Le poste de coupe 14 comprend par exemple une scie circulaire 30 animée d'une part d'un mouvement alternatif de translation longitudinale de façon à accompagner chaque radiateur pendant la coupe et d'autre part d'un mouvement alternatif de translation transversale de façon à faire la coupe en travers de la ligne de fabrication. Le fonctionnement de l'installation de fabrication ainsi décrite est le suivant Les plaques 16a et 16b sont extrudées par les extrudeuses 15a et 15b à partir d'une composition thermoplastique réticulable (par exemple du polyéthylène haute densité) additionnée d'un agent de réticulation (peroxyde de ditert-butyle, peroxyde de dicumyle, diperoxyde 1, 3 ditert-butyl peroxy diisopropylbenzène) et d'une charge facultative (fibres de verre ou autre). Les plaques sont ensuite rapprochées au contact l'une de l'autre par le train de cylindres 17a-17b-18a-18b. L'extrusion est faite à une température relativement faible, de l'ordre de 140 à 1800C, juste nécessaire pour obtenir une gélification convenable de la matière. La phase suivante, de soudage, s'effectue à partir de la composition réticulable ainsi obtenue, sous l'action de la chaleur et de la pression et à l'aide des appareils 20 et 21. Eventuellement, afin d'avoir des zones de soudure parfaitement nettes et exemptes d'aucun débordement sur les zones destinées au gonflage, des caches isolants peuvent être prévus pour protéger de la chaleur les zones en question. Dans le cas où, pour les soudures longitudinales discontinues 4, on utilise des rampes à air chaud, on peut commander la distribution de l'air chaud de façon à réaliser l'#lternance voulue de soudure et d'absence de soudure dans le sens longitudinal.Par ailleurs, si les moyens utilisés pour la soudure longitudinale ne conduisent pas constamment à une soudure parfaite (ce qui peut par exemple être le cas avec les ultra-sons), on peut prévoir un serrage mécanique ultérieur, par molettes ou barres de pressage, et qui garantit contre tout risque de discontinuité de la soudure. La phase du gonflage, au poste 12, fait passer le radiateur de l'état représenté à la Fig. 4 à celui représenté à la Fig. 5, le cadre 26 limitant l'amplitude du gonflage à la valeur voulue. L'étuve 24 est réglée en température de façon à apporter à la matière la chaleur juste nécessaire au ramollissement indispensable pour permettre le gonflage proprement dit. La phase de réticulation, au poste 13, consiste à régler l'étuve 24 de façon à ce qu'à ce poste 13 elle fasse franchir à la matière la température critique à-partir de laquelle intervient la réaction de réticulation. C'est donc après soudage des plaques 16a et 16b et après gonflage de l'ensemble que la réticulation a lieu. La phase de coupe, au poste 14, a lieu d'une façon classique. La trace du trou 31 d'implantation de l'aiguille d'injection de fluide sous pression est par ailleurs reprise comme amorce de l'un des orifices d'alimentation ou d'évacuation du corps de radiateur, ces orifices pouvant être munis de raccords avec mécanisme d'obturation. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention appliquée à la fabrication de radiateurs en polyéthylène réticulé, on utilise comme matière de base un polyéthylène haute densité tel que l'un de ceux connus sous les noms commerciaux de Lupolène 5261Z ou 4261A ou de Manolène EF 2120 ou EF 2121 et comme agent de réticulation un peroxyde organique, à raison de 1 à 5 %, tel que le peroxyde de ditert-butyle, le peroxyde de dicumyle ou le diperoxyde 1,3-ditert-butyl peroxy diisopropylbenzène. On opère à une température d'extrusion de 140 à 1800C, à une température atteinte au soudage de 180 à 2000C, avec un chauffage portant la matière en vue du gonflage à une température de 150 à 2000C et à une température de réticulation voisine ou supérieure à 2000C. On utilise enfin une pression de formage comprise entre 0 et 2 bars et une vitesse de défilement de 20 à 100 mètres par heure. Entre autres avantages, l'invention permet de réaliser des pièces creuses de dimensions très variées, en particulier quant à leurs longueurs, sans à avoir à mettre en oeuvre des modifications importantes d'outillage. Cette faculté est très appréciable, par exemple pour la fabrication des radiateurs pour lesquels on normalise en général la hauteur du corps à des valeurs variant, d'un corps à l'autre, de trois centimètres seulement. Il s'offre donc là une économie tout à fait remarquable par rapport aux techniques qui font intervenir des moules ou matrices présentant, suivant toutes leurs directions, des dimensions définies. L'invention peut d'autre part s'appliquer aussi bien et avec les mêmes avantages à toutes les matières plastiques qui peuvent à la fois se souder et se déformer, par exemple au chlorure de polyvinyle surchloré, au polypropylène,au polybu tène, etc... On peut enfin réaliser conformément à l'invention des objets creux aussi divers que des panneaux, des colonnes, des échangeurs de chaleur, des citernes, des palettes, etc... -- REVENDICATIONS - 1. Procédé de fabrication d'objets creux en matière plastique, caractérisé en ce sue l'on forme des éléments à partir de cette matière plastique, on assemble ces éléments par soudage, on chauffe l'assemblage de façon à ramollir la matière, puis on le gonfle à la forme et aux dimensions voulues de l'objet. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme en continu #des chaînes d'éléments, on soude ces chaînes à intervalles réguliers de façon à délimiter les éléments et, après chauffage et gonflage, on sépare les assemblages d'éléments les uns des autres. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on forme les éléments par extrusion. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas où, à la manière connue, on part d'une matière plastique réticulable et contenant un agent de réticulation, mais non encore réticulée, pour former des éléments que l'on soude avant de procéder à leur réticulation, le chauffage de l'assemblage destiné à ramollir la matière avant gonflage est effectué à une température inférieure à la température de réticulation, la réticulation n'étant réalisée qu'après le gonflage. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on obtient la forme et la dimension voulues de l'objet par gonflage en ne limitant l'amplitude de gonflage que suivant une seule direction. 6. Installation de fabrication d'objets creux en matière plastique, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste de formage d'éléments, un poste de soudage et un poste de chauffage et de gonflage. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le poste de formage est constitué de dispositifs d'extrusion, les postes de soudage et de chauffage et gonflage étant des postes fonctionnant en continu et l'installation comportant en outre un poste de coupe. 8. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que le poste de chauffage et gonflage comprend un dispositif d'injection de fluide sous pression. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'un cadre limiteur de gonflage est associé au dispositif d'injection de fluide sous pression. 10. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un équipement distributeur et planteur d'aiguilles. 11. Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que l'équipement distributeur et planteur d'aiguilles est disposé au poste de chauffage et gonflage. 12. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte, à la suite du poste de chauffage et gonflage, un poste de réticulation. 13. Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que le poste de chauffage et gonflage et le poste de réticulation comportent en commun une étuve. 14. Radiateurs de chauffage obtenus par un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 et à l'aide d'une installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 13. 15. Radiateur suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est réalisé en matière thermoplastique résistant à la chaleur. 16. Radiateur suivant l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'il est réalisé en polyéthylène réticulé.