Brevet FR2162296A1 — publié le 19730720

Jg présente invention a pour but d'obtenir rapidement des pièces mouises en matières plastiques thermodurcissables armées. Ce résultat est possible, grtce à la présente invention en l'absence de presse ou démoules métallique3. Le procédé décrit assure le débullage des pièces moulés quelles qu'en soient les dimensions. n permet, quelles que soient les dimensions des moulages sous pression, tout en assurant llapport des calories nécessaires & un durcissement rapide par l'intermédiaire du fluide assurant la pression du moulage. Dans ltétat actuel de la technique, de nombreux procédés de moulage des pièces en forme en plastique stratifié, sont utilisés couramment. Le procédé actuellement le plus industriel, est le procédé dit à la presse à chaud. Ce procédé parfait quant aux résultats obtenus, exclu, des que la pièce présente des parois parallèles à l'axe de translation des plateaux, l'utilisation de la peinture dans la masse ou gel-coat. En outre, les presses sont très onéreuses, bien que la pression de moulage n1 excède pas généralement 5 kgZcm2 sur les pièces. Enfin, ce procédé implique généralement l'utilisation de moules et de poinçons en métal, voire en métal chromé, donc forts onéreux. On a également la possibilité d'utiliser les procédés dit au SAC sous vide ou sous pression. Dans le procédé sous vide, on applique dans une empreinte femelle revêtue ou non de gel-coat, la matière fibreuse de renflbrcement imprégnée de résine synthétique convenablement préparée. Sur cette matière fllbreuse imprégnée de résine, on applique une feuilleide plastique étanche ou de caoutchouc, ayant ou n'ayant pas la forme femelle de la pièce à obtenir. Cette feuille assure avec les rebords du moule, un joint étanche. L'intervaale entre l'intérieur du moule étanche et la feuille de plastique ou de caoutchouc, est relié par un ou des tubes à une pompe à vide Quand cette pompe fonctionne, la poche élastique est plaquée par la pression atmosphérique contre le plastique armé encore en phase molle. Toutes les bulles d1 air incluses dans cette matière sont parfaitement éliminées et les pièces obtenues par ce procédé sont en général, fort belles. Toutefois il est extrèmement rare que la résine ne pénètre pas dans le ou les tubes reliant l'intérieur de la poche à la pompe et n'y polynérise, dtoù panne de dispositif. En outre, les pièces ainsi obtenues polymérisent lentement, d'où des débits non industriels. Le procédé par vessie gonflable amène aux mêmes résultats que le procédé précédemment décrit; la pression atmosphérique étant reaplacée par la pression fournie au volume constitué par la vessie par cospresseur. On remarquera que ce procédé n1 élimine pas les bulles comme le précédent Les cadences sont identiques. Nous ne nous étendrons pas sur les procédés très utilisés actuellement dit au contact, soit par projection, soit par drapage. Outre que les bulles d'air doivent ttre éliminées manuellement, ce procédé est treks len; et exclu les cadences dites industrielles. Une pièce, quelle qu'elle soit, demandant plusieurs heures pour sa réalisation complète. Le procédé que nous proposons a pour but d'assurer le débullage, le moulage sous pression et la polymérisation rapide des pièces de grandes dimen sions revêtues ou non de gel-coat, et cela grâce à des moules à peine plus complexes que les moules classiquement utilisés pour le moulage au contact, donc relativement bon marché et pouvant etre réalisés eux-mbmes en stratifié par l'industriel utilisateur. Le principe faisant 11 objet de la présente demande de Brevet est le suivant: Dans un moule femelle classique on stratifié ou autre matière mais renforcée - à titre dtexemple indicatif et non limitatif - par des renforts en bois ou en létale voire noyés dans ses contours extérieurs dans du bêton ou une mousse synthétique, on dispose par tous moyens connus, projections, drapage, formage ou autres, des fibres de renforcement imprégnés de résine convenablement catalysées et éventuellement accélérées, exactement comme si lton travaillait au contact. L'ouvrier se bornera à plaquer grossièrement les fibres imprégnées sur les parois du moule en insistant toutefois aux endroits où la pièce comporte des détails fins. Le moule muni de ses renforts devra résister sans déformation à la pression minimale requise pour la pièce à obtenir.Selon la pièce, et à la suite d'essais de pré-série, l'utilisateur déterminera la pression de moulage qui sera en général comprise entre 0,500 kg/c#n2 et 5 kgjcjr2. Le moule sera avantageusement plus profond de 5 à 10 cm qu'un moule destiné à sortir la m & e pièce au contact. En outre, ce moule comprendra un rebord plat tout le tour, rebord ne comportant pas d'angle, donc se confondant avec un seul plan - Tout au plus pcurra-t1on tolérer une surface légèrement gauche.(1 fig.1) D'autre part, on confectionnera une poche étanche avec un matériau élastique en tous sens. A titre d'exemple indicatif et non limitatif, on pourra utiliser des ilastoebres silicones cosse matériau elastique et un jersey fin comme renforcement. Cette poche aura la forme approximative de la pièce à mouler, mais avec des cotes externes égales ou mieux, inférirures, aux c8tes internes de la pièce de 10 à 15 Cette poche (2 fig.2) sera pourvue de 2 ou plusieurs orifice munis chacun d'un tube (;3 fig.2)rendu solidaire de la poche par, à titre d'exem~le indicatif et non limitatif, serrage et collage. L'ensemble décrit jusqu'ici, se présente comme en figure 2. Comme on le remarque sur le dessin, ils est avantageux mais not indispensable, que la poche ait un faible volume et que l'espace entre ses parois soit donc réduit. A titre dtexemple, cet espace peut, sans inconvénient majeur, pour une pièce simple, entre réduit à 5 nain, Cette poche peut,à titre d'exemple indicatif et non limitatif être réalisée de la façon suivante : On réalise une forme qui détermine exactement et reproduit le volume que llon veut donner à cette pche avec du polystyrène expansé, ceci par moulage ou plus généralement par collage et sculpture au tranchet et à la gouge, de panneaux de ce matériau. Quand cette forme est finie et les collages secs, on positionne les tubes a) et b), généralement méta#ques, sur celle-ci, puis on revit le polystyrène expansé avec un vernis visqueux soluble à l'eau. Ceci fait, on applique le matériau élastique, à titre d'exemple indicatif et non limitatif, des élastomères silicones, sur les parois de la forme en polystyrène. Cette opération se fait par couches successives. On peut inclure entre les couches un matériau de renforcement, par exemple indicatif et non limitatif, uu tissus jersey. On donne à la paroi de cette poche une épaisseur de 1,5 à 6 mm selon les pièces. Quand à l'épaisseur désirée est obtenue, on laisse sécher le matériau élastique. Quand il est sec, on injecte par l'un des tubes, préalablement serré et collé à la poche, du trichloréthylène I , on l'évacue et l'on branche sur ltun des tubes, une arrivée d'eau pour dissoudre le vernis de protection. Quand ce vernis est dissout, lapoche est finie. Toutefois, on a intgrêt, avant de procéder à cette destruction, à mouler le couvercle. La poche étant sèche et contenant encore le polystyrène, le moule complet se présente alors comme le montre la coupe de la figure 3 1 - est le moule 2 - la poche élastique 3 - l'un des tubes de remplissage ou de vidange de la poche élastique 4 - la pièce en cours de moulage 5 - le couvercle Ce couvercle peut être en stratifié ou tout autre matériau résistant à la pression comme le moule lui même. L'ensemble représenté en coupe (figure 3) constitue 11 ensemble type, permettant d'exécuter un moulage par le procédé objet de la présente demande de Brevet. Le fonctionnement de principe du procédé objet de la présente demande de brevet est le suivant : Dans le moule auto-démoulant ou convenablement revalu de démoulant, on dispose selon la technique choisie par llutilisateur, les fibres et la résine convenablement préparée ou les fibres imprégnées de résine. Les fibres sont alors sommairement plaquées manuellement contre les parois du moule. Ceci fait, on introduit la poche en place et l'on positionne le couvercle, ou les deux ensembles si le couvercle est solidaire de la poche. On fixe alors le couvercle en place par n'importe quel moyen mécanique aussi rapide et parfait que possible, interdisant toute remontée de celui-ci lorsque la poche est en pression. Commencent alors le débullage et le moulage. Pour ce faire, on peut, à titre d'exemple indicatif et non limitatif, procéder de la façon suivante L'un des tubes 3) est relié à l'égout par l'intermédiaire dlun tube et d'un robinet. L1autre tube 3) est relié par l'intermédiaire de robinet ou d'électro vannes à des canalisations d'amenée : 1- - d'air comprimé, 20 - d'eau froide, 30 -d'eau aussi chaude que possible ou d'un thermofluide quelconque. Dans ce dernier cas, celui-ci est récupéré après moulage. Ces divers fluides sont amenés en passant par des dispositifs précis de régulation de pression, de façon à ce que l'utilisateur soit maitre de la pression interne de i poche. A titre de ve#i#1tea ;l peut alerter ces fluides toujours par l'un des tubes 3,-#mais relier autre tube 3 par l'intermédiaire de robinets ou électro-vannes à des régulateurs de pression commandant l'ouverture d'un clapet ou d'une lumière d'échappement du fluide, dès que celui-ci à atteint la pression requise dans la poche. Il est à noter que le débit autorisé par l'ouverture du dispositif de régulation doit entre au soins égal, voir supérieur, au débit d'arrivée des fluides. A titre d'exemple indicatif et nan limitatif, on peut concevoir les dispositifs de régulation comme représente la figure 4 et 5. Dans les figures 4 et 5, 6 est un vase contenant un liquide 5, ce vase relié au dispositif automatique de régulation par un tube 7. La hauteur de vase 6 par rapport au dispositif de régulation 8 détermine la pression d'ouverture de la lumière par remontée du piston étanche fou - ou l'ouverture du clapet par remontée de la membrane souple - au moment où le pression dans la poche 2 devient supérieure à la pression de la colonne de fluide 5 sur le piston fou 10 ou la membrane 12. I. - Afin d'avoir un réglage précis, la pression sera réglée par une hau teur donnée dtun flaide dense 5 (eau = IkgZcm2 pour 10 m de hauteur de colonne Mercure = 76 ci de hauteur de colonne par 1kgKoen2, etc...) Toutes les canalisations et régulations étant en place, le cycle de fonc tionnement est le suivant On admet dans la poche, de l'air à une pression pouvant varier de 250 g à plusieurs kgs de pression, de façon à mettre la poche en place. Puis on fait retomber la pression à une atmosphère t cela 2 ou 3 fois, voir plus, tout de suite et rapidement. La mise à O de la pression s'obtint en mettant le tube b) à l'air libre. Cette première opération n1 est pas indispensable mais assure, dans le cas de pièces ciaplexes, une bonne- mise en place. - ~ La poche étant à 0,500 kgs de pression d'air, on introduit par exemple, de l'eau froide ou un autre liquide, à titre d'exemple indicatif et non limita- tif, sous O,SOO kgs au cm. Le liquide va par gravité au point bas de la poche où reignealors la pres sion de 0,800 kgs plus le poids du liquide, créant ainsi un gradiant de pression réel entre le liquide et l'air, ce qui assure le débullage qui se fait en même temps que le liquide monte dans la poche. Cette introduction du liquide doit etre d'autant plus lente que la viscosité de la résine employée est grande. La vitesse d'introduction idéale ne peut, pour une pièce donnée, être réglée autrement que par une pré-série dressais. 3- - Quand la poche est totalement pleine de liquide sous 0,800 kgs (choisi corne exemple indicatif), on admet dans la poche du liquide chaud, aussi chaud que possible et sous une pression supérieure à la pression d'admission du liquide froid de d#llage. En pénétrant dans la poche, le liquide chaud se mélange au liquide froid - qu'il chasse peu à peu et d'autant mieux que le tube 3 dense du liquide est plus bas par rapport au tube 3 de vidange. On vérifie la température du liquide dans la poche pour savoir quand le liquide froid est totalement évacué, et on laisse le liquide chaud se renouve ler jusqu'à durcissement de la pièce. Ce contrôle de température n'est pas indispensable, et est réalisé, par exemple, grâce à une sonde pyrométrique. Il est évident que plus le volume interne de la poche est faible, plus le remplissage est rapide, tous les autres paramètres restant les m & es. Quand le temps de durcissement est écoulé on met le tube 3 de vidange à llégout par un jeu de vannes ou si l'on a utilisé un theroo-fluide, on le dirige sur un réservoir spécial, et l'on introduit par autre tube 3 de l'air sous pression, afin d'accélérer l'évacuation du liquide de cuisson. 40 - Quand la poche ne contient plus de liquide, on arrête l'air, on enlève le couvercle et la poche, et l'on démoule la pièce. Il est à noter que dans le cas de certaines pièces complexes, flair des bulles d'air préjudiciable au stratifié peut se trouver bloqué dans le strati fié par le gonflement de la poche et son plaquage contre les parois hautes du moule. Il est possible de remédier à cet inconvénient en réalisant une "peau" ayant comme contours ceux interne de la pièce à mouler, cette peau doit tapis ser tout ltintérieur du moule et ses rebords. Cette peu peut être contituée, à titre dtexemple indicatif et non limitatif, par un élastomère silicone, éventuellement chargé de poudre d'aluminium, pour obtenir une meilleure conductibilité thermique. La dureté shore du produit étanche et élastique utilisé, devra être supérieure à celle de la matière constituant la poche. Cette peau pourra avantageusement être renforcée de jersey et elle sera aussi mince possible au contact de la pièce et ira en s'épaississant jusqu'à la partie reposant sur les bords du moule. La face de la peau en contact avec les bords de la pièce, les parois du moule et les rebords de celui-ci, seront munis de petits canaux très fins (Fig. 14) lmm par exemple, allant de la pièce aux rebords. Ainsi, l'air ne pourra ttre emprisonné par la poche sous pression et le débullage sera toujours assuré. En outre, cette peau isolera la poche elle-m#me du polyester ou de toute autre résine, dont les constituants chimiques peuvent altérer les caractéris tiques du matériau el##st#que choisi : élasticités étanchéité. (Figure 6) la coupe éclatée du moule 1 de la pièce 4 à mouler et de la peau 13. Cette peau étant mise en place des après la projection ou le drapage de la matière fibreuse de renforcement, imprégnée de résine, on procèdera au moulage après introduction de la poche gonflable et fermeture du couvercle comme dit précédemment. Le procédé précédemment décrit nta évidemment aucune influence sur le temps d'application et de séchage du gel-coat ou peinture dans la massa. Il y aura donc intérêt à utiliser des moules auto-démoulant. Ces deux temps étant exclus, la durée de réalisation d'une pièce, quelles qu'en soient les dimensions, est de tordre de 10 à 20 minutes. Les pièces sorties sont exemtes de bulles d'air et ont des caractéristiques mécaniques égales à celles des pièces identiques réalisées dans les mêmes condi tions de températures et de pression sur des presses à chaud. Les cadences sont principalement conditionnées par : rapidité de fermeture et d'ouverture du dispositif, débits d'eau froide et de liquide chaud, température de ce dernier. Les dimensions géométriques des pièces à réaliser so#t pratiquement sans lipites autres que la capacité du moule à résister à la pression du liquide de débullage et de cuisson. REVENDICATIONS 1 - Dispositif et outillage sous pression uniforme de pièces de dimensions et de formes quelconques en résines synthétiques armées de matières fibreu ses. Les pièces moulées sous pression pouvant silmultanément etre portées à des températures élevées afin d'en accélérer le durcissement et cela sans avoir recours à un générateur quelconque de haute pression - l'invention étant caracté risée par l'utilisation d'une poche étanche et élastique de petit volume interne assurant Mes fonctions de débullage, de pressions régulées de moulage de la pièce à mouler grâce aux fluides de densité diverses, froids ou chauds dont elle est alternativement remplie sous la pression réelle de moulage au cm2. 2 - Dispositif de moulage selon 1, caractérisé par le fait que le moule porte tout le tour un rebord extérieur formant portée. Rebord sans angles et jamais parallèle au sens de fermeture. 3 - Dispositif de moulage selon 1, caractérisé par le fait que la poche étanche et élastique comprend deux ou plusieurs tubes permettant l'admission et l'évacuation des fluides admis dans la poche. 4 - Dispositif de moulage selon 1, caractérisé par le fait que les fluides admis dans la poche sont maintenus à 11 intérieur de celle ci à pression constante. 5 - Dispositif de moulage selon 1 et 4, caractérisé par le fait que les fluides admis dans la poche peuvent s1 écouler constamment tout en restant à ltintérieur de la poche à pression constante. 6 - Dispositif de moulage selon 1 - 4 - 5, caractérisé par le fait que la régulation de pression est assurée par la hauteur d'une colonne de liquide à pression constante égale à la pression de moulage. 7 -Dispositif de moulage selon 1, caractérisé par le fait que le débullage est assuré par la montée lente d'un fluide dense dans la poche. 8 - Disposit- > de moulage selon 1 et 7, caractérisé par le fait que le débullage se fait aisément, ltair constituant les bulles 8Z6haCU8nt ààltair libre entre le rebord du moule et le couvercle gracie à une peau souple et étanche munie de micros anneaux allant de la pièce à mouler à l'extérieur. 9 - Dispos tri de moulage selon 1 et 4, caractérisé par un cycle rapide de durcissement ieri's moulées, grace à l'introduction dans le poche élastique et étanche de fluides Sluldes chauds sous pression. Ces fluides apportant les calories assurart le chauffage de la matière à mouler tout en assurant le pression de moulage.