Brevet FR2224271A1 — publié le 19741031

L'invention a pour objet un procédé de moulage de matières plastiques. Ce procédé est notamment applicable à la transformation de matières thermoplastiques par fusion ou par ramollissement de la matière dans un moule dans lequel elle est ensuite solidifiée par refroidissement, cette transformation pouvant être par exemple effectuée par moulage statique, moulage par colnression ou moulage par rotation. te procédé de l'invention est également applicable à transformation de matières plastiques thermodurcissables, le durcissement de la matière étant réalisé par chauffage dans le moule. I1 existe divers procédés de moulage appliqués industriellement à la transformation des matières plastiques, qui consistent à introduire de la ma trière plastique dans un moule et à chauffer les parois de ce moule, de sorte que la chaleur se propage par conduction au sein de la matière à mouler. Cette technique présente l'inconvénient de nécessiter des dures de chauffage assez longues, de manière à permettre à la chaleur de se propager Jusqu'à l'inté- rieur de la pièce à mouler. Les matières plastiques étant de mauvais conducteurs de la chaleur, la durée du chauffage peut être importante, surtout pour les pièces d'unie certaine épaisseur. Dans le cas du moulage par compression de matières thermoplastiques nécessitant un refroidissement avant démoulage, ces techniques présentent également un autre inconvénient. Il est en effet nécessaire, afin d'obtenir un contact aussi bon que possible entre les parois du moule et la matière plastique, d'exercer une certaine pression sur le couvercle du moule, ce qui conduit à utiliser des moules aux parois assez épaisses. Au début du chauffage, la matière plastique n'est pas immédiatement chauffée, du fait que la chaleur est transmise à travers les parois du moule et le temps mort qui découle de ce phénomène est forcément d'autant plus long que les parois du moule sont plus épaisses. De même, au début du refroidissement, il se produit un temps mort dû à l'élimination des calories du moule. I1 a maintenant été trouvé un procédé de moulage de matières plastiques par chauffage direct de cette matière au moyen d'une âme métallique. Ce procédé permet de réduire la durée du cycle de moulage et de conduire à des pièces moulées renforçées. L'invention a donc pour objet un procédé de moulage de matières plastiques qui consiste essentiellement, dans une première étape, à disposer dans un moule au moins une nappe métallique à distance des parois du moule et à introduire dans ce moule la matière plastique sous la forme d'un solide ou d'un liquide, puis dans une seconde étape,àchauffer la nappe métallique et par conséquent la matière plastique Jusqutà ce que cette dernière soit fondue ou réticulée et enfin, si cela est nécessaire, à refroidir la pièce moulée. La nappe métallique est de préférence formée d'un ou plusieurs fils cons titués d'un métal tel que l'acier. Ces fils peuvent être assemblés en paral- lèle ou former un grillage à brins enchevêtrés ou R mailles soudées. De pré térenee, la distance entre deux élérents contigus de la nappe métallique est au plus égale à la plus petite des dimensions e la pièce a mouler ; cette distance est le plus souvent comprise entre I et 10 rrm. n variante, la nase métallique peut être constituce d'un ou plusieurs tubes métalliques assel;-blés par exemple en un faisceau de tubes parallèles. La nappe métallique est disposée, de préférence, à l'emplacement de la plus grande sectIon de la pièce à mouler, à ine distance sensiblement égale des deux plus grandes surfaces extérieures de la pièce. Grâce à cette disposition, c:naque partie de la pièce à mouler se trouve à une faible distance de la nappe, ne qui permet d'obtenir un cycle de moulage particulièrement court. Cette disposition présente également l'avantage d'augmenter la rigidité de la pièce dans le sens de sa plus faible section et de diminuer les tensions nternes ; ceci permet généralement de réduire l'épaisseur de la pièce et par conséquent d'augmenter encore la cadence de moulage et de diminuer le coût des pièces moulées. Lorsque la forme de la pièce le nécessite, plusieurs nappes métalliques peuvent être disposées parallèlement entre elles de manière que chaque partie de la pièce à mouler se trouve à une faible distance de 1 une des nappes ; toutefois, afin de simplifier l'exposé de la mise en oeuvre du procédé, seule l'utilisation d'une nappe métallique est mentionnée dans la description qui suit. Au cours du moulage, la nappe métallique est chauffée de préférence par passage d'un courant électrique dans la nappe métallique formant résistance le courant électrique circule dans la nappe métallique et y provoque un dégagement de chaleur par effet Joule. Ce courant peut provenir d'un générateur relié à la nappe métallique ; il peut également être induit dans la nappe métallique au moyen d'un générateur à induction. La quantité de chaleur libérée par unité de temps dans la nappe métallique peut etre calculée suivant les lois de l'électricité, à partir du nombre de fils, de la résistivité du métal dont ces fils sont constitués ainsi que de l'intensité du courant électrique qui les parcourt ; de ce fait, il est nécessaire d'adapter les caractéristiques électriques de la nappe métallique et celles du générateur afin d'obtenir la libé- ration de la quantité de chaleur nécessaire au moulage pendant la durée de ce dernier. Lorsque la nappe est formée d'un ou plusieurs tubes métalliques, le chauf fate de cette nappe peut également autre réalisé par circulation d'un fluide chaud à l'intérieur des tubes. Un appoint de chauffage peut également être apporté par conduction à travers les parois du moule, comme dans la technique antérieurement connue. Afin de permettre une @@c@@ation @@@e un procédé, il est recommandé, lorsque la matière plastique à mouler est introduite dans le moule sous la forme d'un solide, que les dimensions des pnrticu'es de ce solide soient nc- tablement inférieures à l'écart existant entre les fils ou les tubes de la nappe métallique ; ceci permet de répartir aisément la matière plastique à mouler de part et d'autre de la nappe métallique. La mise en oeuvre de matières plastiques en poudre ou en petits granulés, possédant en cutre une bonne aptitude à couler, est de ce fait particulièrement avantageuse. Le procédé de l'invention est particulière-ent applicable nu moulage de matières tnermoplastlques pulvérulentes ou finement granulées ; ces matières thermoplastiques peuvent être par exemple censtituées par des polyoléftnes, notamment le polyéthylène de haute densité et le polypropylène isotactique, des polyamides et le polystyrène. I1 peut également etre avantageusement ar- pliqué au moulage de matières plastiques thermodurcissables telles que des résines phénoliques ou es aminoplastes. Ce procédé peut être mis en oeuvre an moulage statique, dans un moule ouvert, en moulage par compression ou également en moulage par rotation ou par centrifugation. Dans ces opérations de moulage, la nappe métallique est préalablement disposée dans le moule, puis une quantité de matière plastique suffisante pour former la pièce à mouler est introduite dans le moule. La nappe est alors chauffée, par exemple au moyen d'un courant électrique, pendant la durée nécessaire à l'opération de moulage. Après formation de la pièce dans le moule, celle-ci est refroidie si cela est nécessaire, puis la pièce est démoulée. Selon une variante, applicable à la réalisation de pièces d'épalsseur sensiblement uniforme à partir de matière thermoplastique, le procédé de l'tn- vention peut être mis en oeuvre par fabrication d'une ébauche dans un appareil annexe. Celui-ci est constitué par un récipient dans lequel la nappe métallique est disposée. Une quantité de matière thermoplastique suffisante pour entourer entlèrement la nappe est introduite dans le moule. La nappe est ensuite chauffée pendant quelques secondes à quelques minutes, ce qui provoque un début de fusion de la matière thermoplastique avoisinant la nappe métallique la nappe métallique, enrobée sur ses deux faces par une couche de matière thermoplastique plus ou moins régulière constitue une ébauche qui est retirée du récipient. Cette ébauche est ensuite place dans un moule dans lequel elle est comprimée afin d'y recevoir sa forme définitive. La chaleur emmagasinée dans l'ébauche est en général suffisante pour effectuer le moulage par con- pression ; toutefois, la nappe métallique ou l'ébauche peuvent être chauffées dans le moule si nécessaire. D'autres variantes de réalisation peuvent également être aprortées au procédé de l'invention ; c'est ainsi par exemple q|llil est possible, au ccurs d'un moulage par compression, de déformer élastiquement la nappe métallique, en exerçant une traction longitudinale sur les éléments filamentaires ou tubulaires qui la composent, afin de créer une pré-contrainte de la nappe à l'intérieur de la pièce moulée. Le procédé de l'invention peut être appliqué à la réalisation de pièces moulées de formes diverses, dont les parois peuvent être plus minces que dans des pièces moulées selon les techniques antérieures, grâce à l'amélioration des propriétés mécaniques des pièces apportées par la nappe métallique. Lorsque la nappe métalliqlae est constituée par un faisceau de tubes, il est possible de réaliser des panneaux chauffant ou, d'une façon générale, des pièces moulues utilisables pour réaliser des transferts de chaleur par circulation de fluides froids ou chauds à l'intérieur des tubes. Le procédé de l'invention apporte d'autres avantages par rapport aux techniques de moulage antérieurement connues. Le rendement énergétique de l'opération de moulage est amélioré, du fait que la chaleur nécessaire à l'opération est libérée au sein même de la pièce en cours de moulage. De plus, il est possible d'obtenir des durées de moulages plus faibles et, par conséquent, des cadences de fabrication sensiblement plus élevées. Exemple 1 Moulage par compression d'une plaque en polyéthylène. On utilise un moule plat tel que représenté schématiquement en fig. 1 et en fig. 2, suivant deux coupes horizontales orthogonales. Ce moule est en acier ordinaire, de dimensions 100 x 50 x 1 cm ; il est constitué par deux cadres 1 et 2 fixés, de part et d'autre le long de leurs côtés de 100 cm, par deux longerons 3 et 4 de 1 cm de hauteur. Le long des côtés de 50 cm des cadres, sont disposées quatre cornières en ébonite, représentées en 5, 6, 7 et 8. A l'intérieur de ces cornières, quatre mâchoires de fixation 9, 10, 11 et 12 sont assemblées deux par deux. Un grillage 13 à mailles carrées de 10 mm de côté, constitué de fils d'acier enchevêtrés par tissage est fixé entre les mâchoires 9 et 10 d'une part et 11 et 12 d'autre part ; les fils du grillage possèdent un diamètre d'environ 0,5 mm et une résistance électrique de 0,5 ohm/m. Le grillage est relié à une source de courant électrique de 12 volts aux bornes des mâchoires. Le moule est fermé, à sa partie inférieure, par une coquille en acier 14 et à sa partie supérieure par ur.e coquille en acier 15, toutes deux susceptibles d'être déplacées verticalement au cours du moulage. Les coquilles 14 et 15 sont creuses, de sorte qu'il est possible d'y faire circuler un fluide à l'intérieur. Le grillage étant ccnstitué par 50 fils en parallèle, la puissance totale installée W peut être calculée au moyen de la formule W = n V2 / R n étant le nombre de fils du grillage, soit 50 V étant la tension aux bornes des mâchoires, soit 12 veltes tnt la résistance de chaque fil, soit 0,5 ohm. W est donc égal à 50 x 122 /0,5 = 14 400 watts. Le moule muni de sa coquille inférieure 14 et de son grillage 13 est alors rempli, sur une hauteur de 2,5 cm, par de la poudre de polyéthylène de haute densité. La coquille supérieure 15 du moule est mise en place, puis on met le grillage sous tension pendant 3 minutes tout en rapprochant l'une de l'autre les coquilles 14 et 15. La plaque est ensuite refroidie par circulation d'eau froide à l'intérieur des coquilles 14 et 15 puis elle est démoule. A titre comparatif, la même opération est réalisée dans le moule représenté fig. 1 et fig. 2, à la différence que le chauffage est réalisé par circulation d'un liquide à 300 C environ à l'intérieur des coquilles 14 et 15. Ce liquide est chauffé électriquement dans un appareil extérieur annexe: on constate qu'il est nécessaire, afin d'obtenir un moulage satisfaisant, de munir l'appareil extérieur de chauffage d'unie résistance électrique d'une puissance de 20 kV, soit 40 w supérieure à celle mise en oeuvre selon l'invention. La plaque moulée selon l'invention présente une rigidité à la flexion et une résistance à l'impact sensiblement doubles de celles de la plaque moulée selon l'essai comparatif. ExemPle 2. Moulage par compression d'une plaque en polyéthylène avec formation intermédiaire d'une ébauche. On utilise le même appareillage et le même mode opératoire que dans l'exemple 1, à la différence que la durée du chauffage est limitée à 20 secondes. On ouvre le moule sans le refroidir; on enretire une ébauche constituée par le grillage enrobé de polyéthylène gélifié. Cette ébauche est ensuite placée dans un autre moule où elle est comprimée entre deux plaques pendant 2 minutes, afin de recevoir sa forme définitive. ;ixiDI CATI OE;S 1/ roodé de moulage de matières plastiques Qi consiste essentiellement, '3rs une première étape, à disPoser dans un moule au moins une nappe métal Liche à d stance des parois du moule et à introduire dans ce moule la matière plastique sous la forme d'un solide ou d'un liquides, puis, dans une seconde étape, à chauffer la nappe métallique et par conséquent la matière plastique jusqu'à ce que cette dernière soit fondue ou réticulée et enfin, si cela est nécessaire, à refroidir la pièce moulée. 2/ Procédé revendiqué cn 1/, selon lecjrlel la nappe métallique est constituée d' un ou plusieurs fils en un métal tel que l'acier, les éléments de fil cons titubant la nappe étant disposés d'une manière telle que la distance entre deux dléments contigus du fil soit au plus égale à la plus petite des dimensions de la pièce à mouler, cette distance étant comprise entre 1 et 10 mm. 3/ Procédé revendiqué en 1/, selon lequel la nappe métallique est disposee à l'emplacement de la plus grande section de la pièce à mouler, à égale distance des deux plus grandes surfaces extérieures du corps. 4/ Procédé revendiqué en 1/, selon lequel la nappe métallique est chauffée au moyen d'un courant électrique la parcourant. 5/ Procédé revendiqué en 1/, selon lequel la nappe métallique est constituée par un faisceau de tubes chauffés électriquement et/ou par circulation d'un fluide chaud à l'intérieur des tubes. 6/ Procédé revendiqué en 1/, applicable au moulage de pièces en matière thermoplastique, selon lequel la pièce est obtenue par moulage par compression d'une ébauche préalablement fabriquée dans un appareil annexe constitué par un récipient dans lequel la nappe métallique est disposée avec une quantité de matière thermoplastique suffisante pour entourer entièrement la nappe métallique, l'ébauche étant obtenue par chauffage de la nappe et début de fusion de la matière thermoplastique avoisinant la nappe. 7/ Application du procédé décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes, au moulage de matières thermoplastiques telles que des polyoléfines ou de matières plastiques thermodurcissables, cette opération pouvant être réalisée en moulage statique, en moulage par compression ou en moulage par rotation.