Brevet FR2221267A1 — publié le 19741011

La présente invention concerne un procédé pour le moulage, par injection, de pièces composites ou sandwich en matière thermoplastique, comprenant une couche extérieure et un noyau en une résine ou composition différente de celle de la couche externe. L'invent ion vise en outre une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour le moulage par injection de pièces composites ou 'tsan- dwichtt, en particulier de pièces avec coeur en résine expansée, il est connu de monter sur le canal d'alimentation d'un moule un robinet à plusieurs voies commutable sur deux presses à injecter, l'une fournissant une matière exempte d'agent moussant et l'autre une matière contenant un tel agent. Cet agencement présente l'avantage de permettre l'addition d'agent moussant pour le noyau et aussi d'utiliser des résines différentes pour la couche extérieure et pour le noyau. Il est connu aussi, toujours pour les pièces dites composites ou "sandwich" allégées atec coeur en matière expansée ou mousse, de provoquer la plastification ou fusion dans une presse à injecter, d'introduire l'agent d'expansion au cours du passage dans le canal d'injection, de la matière ramollie. Pour situer de façon plus précise l'invention, on donne d'abord quelques indications et rappels du point de vue appellations et opérations0 On sait que l'injection de matières thermoplastiques souvent appelées aussi "résines" ou "compositions" comporte une première phase ou opération de "plastification" dite aussi "ramollissement" ou "fusion" et une deuxième phase ou opération d1injec- tion proprement dite.La phase plastification est la transformation de la matière en un milieu continu fluide La phase ou opération d'injection consiste à chasser la résine plastifiée, accumulée dans un volume à l'extrémité de la vis appelé aussi chambre d'injection ou dans le pot d'injection, pour la faire pénétrer dans le moule, De ce qui précède il ressort qu'on distingue les presses à injecter ou machines à injecter comportant une vis-piston (c'est à-dire fonctionnant dans un premier temps en plastification et en deuxième temps en piston d'injection), ou bien presses à piston comportant un piston de dosage-alimentation et un piston d'injection ou les presses basées sur la combinaison #vis de plastification et piston dtinjection'tO L1invention a pour objet un procédé d'injection, la mise en oeuvre dudit procédé impliquant l'emploi de presse à injecter du type vis-piston, ou du type presse à piston. Ainsi l'invention a pour objet un procédé de fabrication de produits, pièces ou objets dits nsandwichn constitués de résines thermoplastiques , par moulage par injection à l'aide de machines à injecter du type à vis-piston ou du type presse à piston, à partir de deux compositions ou résines différentes, procédé caractérisé par le fait qu'on utilise une presse à injecter ne comportant qu'un seul bloc d'injection alimenté, au cours de la phase de plastification, de manière successive et distincte avec les quantités de chacune des deux compositions nécessaires à la formation de chacune des parties du "sandwich", la composition nécessaire à la formation de la partie extérieure dudit sandwich étant alimentée en premier lieu. (Par "bloc d'injection on désigne le bloc mobile, comprenant dans un cas les deux pistons de dosage et d'injection ou bien dans l'autre cas la vis-piston, pour l'approche de la buse contre la partie fixe du moule ou le recul de ladite buse; Dans un mode de mise en oeuvre particulier le procédé comporte, dans la phase de plastification, un premier temps avec alimentation de la composition constitutive de la partie extérieure de l'objet, un deuxième temps avec alimentation de la composition constitutive du coeur de l'objet et un troisième temps avec alimentation de la composition constitutive de la partie extérieure. Selon une variante on observe entre la fin de l'alimentation d'une composition et le débit de l'alimentation de la composition suivante un décalage dans le temps garantissant le passage intégral de la charge précédente de la zone d'alimentation du blocd'injection dans la zone de plastification dudit bloc. L'invention a aussi pour objet une machine pour la mise en oeuvre du procédé, laquelle machine est caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une presse à injecter comportant un seul bloc d'injection et deux moyens distincts pour doser et alimenter chacune des deux compositions à la zone d'alimentation du bloc d'injection. Suivant un mode particulier de mise en oeuvre, la commande de décharge des moyens de dosage-alimentation est automatique asservie au fonctionnement du bloc d'injection. Suivait un autre mode particulier de réalisation la commande de décharge des moyens de dosage-alimentation est programmée. Dans un exemple particulier de mise en oeuvre, le bloc dtin- jection est constitué par un ensemble du type vis-piston, les mayens de dosage-alimentation distincts sont constitués par deux trémies recevant chacune une composition différente et leurs obturateurs débouchant dans la zone d'alimentation du bloc d'injeotion, ladite zone dtallmentation qui doit être entièrement vidée entre deux alimentations de résine étant formée par la trémie habituelle dans les presses à injecter du type vis-piston et un espace, dans le fourreau de la vis, comprenant la portion directement sous ladite trémie habituelle plus une portion, dans le sens dtécoulement de la matière, d'une longueur correspondant à au moins trois pas de ladite vis et lesdits obturateurs étant commandés en fonction du programme prévu. pour l'alimentation de -matière à la vis-piston0 Suivant un mode de réalisation, les dispositifs obturateurs de chacune des deux trémies sont des vannes à tiroir ou registre actionnées par des vérins asservis au déplacement de la vis-piston. Dans un autre cas les commandes sont soit programmées, soit une combinaison d'automatisme et de programmation Selon un mode de réalisation particulier le système de commande des dispositifs obturateurs est un système électropueumatîque Suivant une variante le système de commande des dispositifs obturateurs est un système entièrement électrique. Enfin dans une autre variante ledit système de commande des dispositifs obturateurs est un système fluidique. Sur le dessin annexé on a représenté à titre d'exemple illustratif et nullement limitatif, un mode de réalisation de ltinven- tion à savoir une presse à injecter à vis-piston avec. deux trémies. supplémentaires de dosage-alimentation munies de-vannes a tiroir, le système de commande étant un système électropneumatique. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue en coupe du dispositif d'alimentation - la figure 2 est le schéma électropneumatique de commande des vannes à tiroir - la figure 3 est un schéma donné pour expliquer les différentes phases du procédé. L'invention portant sur le procédé et le dispositif d'alimeXl- tation de la presse à injecter à vis-piston on n'a représenté sur la ligure 1 rue la partie supérieure de la trémie habituelle d'une telle machine. Pour faciliter la description et la compréhension on a scindé la description en deux parties, à savoir le dispositif d'alimentation proprement dj.t représenté gure j et le système de commande de ce dispositif dessiné sur la figure 2 Sur la figure 1, on reconnatt une trémie (1) d'alimentation habituelle d'une presse à injecter, ladite trémie étant surmontée d'un bEti (2) comportant des montants (3) pour la fixation, sur le carter de la presse à injecter, d'un plateau f4 support du dispositif donné à titre dtexemple pour la mise en oeuvre de l'in- vent ion. A titre d'exemple dans le cas d'utilisation de composition à l'état de particules ou granulés, les dispositifs de dosage-alimentation sont constitués, par deux trémies (5) et (6) fixées sur le plateau (4) par l'intermédiaire de bloes-supports (7) et (8) et de vis (9) et (IO > o Les trémies comportent, à la base, chacune une pièce (11) et (1Z) formant diaphragme pour le dosage en fonction de la granulométrie, Dans chacun des supports (7) et (8) sont prévues deux coulisses (13) et (14) pour des registres ou tiroirs (15) et (16) permettant d'obturer ou d'ouvrir les passages entre les trémies (5) ou (6) et la trémie (l)o Chaque registre respectivement (15) ou (16) est constitué par une simple plaque ou lame (15) ou (16) avec une ouverture (17) ou (18) Dans les blocs-supports (7) et (8) sont prévus des canaux verticaux (19) et (20) pour le passage de la matière à travailler.En (21) et (22) on a représenté deux vérins avec les tiges (23) et (24) pour la liaison avec les tiroirs (15) et (16). (Pour des commodités de dessin, les vérins ont été représentés opposés mais il est bien entendu que la disposition est choisie en fonction de la place, de lten- combrement, de l'équilibrage et autres facteurs n1 intervenant pas dans 11 invention)0 Les deux vérins sont par exemple des vérins pneumatiques à simple effet avec mise à lrair libre au moyen d'une électrovalve. La figure 2 représente un schéma d'un circuit électropneumatique utilisé pour commander les vérins (21) et (22). Sur cette figure on a indiqué des cames (25, 2tri, 27, 28, 29, 30) qui sont montées de manière à se déplacer en fonction du recul de la vis d'injection (31, fig. 3) et à venir successivement agir sur des contacteurs (32) et (33). Ces derniers commandent des relais pas à pas (34) et (35) (habituels en télémecanique) qui ont pour objet de faire fonctionner des électrovalves (36) et (37).Pour mémoire, on mentionne les éléments habituels suivants dans un tel circuit un contacteur-inverseur (38) (automatique et manuel), des boutonspoussoirs (39), (40) manuels nécessaires pour la manoeuvre lors de la mise au point et le réglage ainsi que les voyants (41), (42) (43), (44), (45) permettant le contrôle et la surveillance de la marche. Le circuit pneumatique comprend la source de fluide sous pres sion (46), la vanne (47), le régulateur de débit (48) et les con duites (49), (50), (51) nécessaires, Sur la figure 3A on a schématisé la vis d'injection (31) et son fourreau (52). Entre la pointe de la vis (31) et le fourreau (52) à l'endroit de la buse (53) d'injection se trouve l'espace d'accumulation (54)'H'es figures 3B, 3C et 3D, on montre différen tes positions de la vis à l'intérieur du fourreau, qui seront ex plicitées au cours de la description du fonctionnement. Ci-après on mentionne et numérote différentes pièces qu'il est nécessaire de préciser, pour expliciter le fonctionnement, non pas parce qu'elles sont caractéristiques, mais parce qu'elles sont fonctionnelles et peuvent être remplacées par d'autres assurant la même fonction ou des fonctions équivalentes suivant le système de commande adopté.Ainsi le vérin (21) actionnant le tiroir (15r comporte d'une part une chambre (55) avec un piston (56), la mise en communication de la chambre (55) avec la source de pression (46) étant commandée par le bobinage (57) de l'électrovalve (36), de même que la position de mise à l'air libre en (58), d'autre part un ressort (59) dans la chambre (60) pour ramener en arrière le piston (56). De même le vérin (22) comporte la chambre (61), le piston (62), la chambre (63) et le ressort (64), tandis que l'é- lectrovalve (37) possède un bobinage en (65) et la position de -mise à l'air libre en (66). En (67), on a figuré l'alimentation en courant électrique (ou "secteur"), en (68) le disjoncteur ou interrupteur général et en (69) la ligne de liaison entre l'interrupteur général et le sys tème. Maintenant on va expliciter le fonctionnement, Dans ce qui suit, pour des raisons de concision, on appellera la "matière cons titutive de la partie extérieure" de l'objet "composition pour peau - (R1)'' et la matière constitutive du "noyau ou coeur","com- position pour coeur - (R2)". Lesdites compositions se trouvent toutes deux à l'état de granulés. A titre d'exemple on charge la trémie (5) (diaphragme 11) en composition pour peau, (R1), la trémie (6) (diaphragme 12) en com position pour coeur (R2). A la fin d'une opération d'injection précédente, la vis (31) se trouve en rotation dans la position indiquée figure 3A c'està-dire la pointe de la vis (31) pratiquement en contact avec la buse d'injection (54) ayant réduit sensiblement à zéro le volume résiduel de l'espace d'accumulation appelé aussi chambre d'injec- tion (53), les deux tiroirs (15) et (16) obturant les canaux (19) et (20) c'est-à-dire que les deux vérins (21) et (22) avec leurs pistons (56) et (62) et les tiroirs (15) et (16) sont dans la position représentée pour le vérin (22), le piston (62) et le tiroir (16) et les deux électrovalves (36) et (37) sont en position de mise à l'air libre ; les cames se trouvent toutes à droite des contacteurs (32) et (33).A ce moment la came (25) venant en contact avec le contacteur (32) déclenche, par l'intermédiaire du relais (34) et de l'électrovalve (36), la mise en communication de la chambre (55) du vérin (21) avec la source de pression (46). Sous cette action le tiroir (15) se déplace vers la gauche et ainsi le passage entre le diaphragme (11) et la trémie (1) se trouve dégagé, l'ouverture (17) étant en coincidence avec le canal (19). La matière contenue dans la trémie (5) s'écoule dans la trémie (1). La vis (31) continuant à tourner, la matière est ramollie, transférée et comprimée dans la chambre d'injection (53). De ce fait la vis (31) recule. La came (26), dont la position a été préalablement calculée, en fonction des caractéristiques de la vis-piston et de la granulométrie de la composition R1, de façon à ce que le déplacement de (25) en (26) corresponde à l'écoulement de la quantité désirée de composition pour peau R1, vient alors buter contre le contacteur (32). Ce dernier agit sur le relais pas à pas (34) provoquant, par l'intermédiaire du bobinage (57) de l'électrovalve (36), l'interruption de la communication de la source de pression (46) avec la chambre (55) du vérin (21) et la mise en position à l'air libre en (58). De ce fait, n'étant plus retenu le ressort (59) ramène le tiroir (15) en position d'obturation du canal (19). La vis (31) continuant à tourner, donc à transférer la composition R1 dans la chambre d'injection (54), recule et amène la came (29) à agir sur le contacteur (33) lequel déclenche, comme dans le cas de l'alimentation de composition R1, par l'intermédiaire du relais (35) et de ltélectrovalve (37), le mouvement du piston (61) pour repousser le tiroir (16) de façon à amener la mise en communication de la trémie (6) avec le canal (20) et ainsi alimenter la vis (31) en composition pour coeur R2 Préalablement on a déterminé le décalage entre les cames (26) et (29) de façon que soit entièrement vidée de la composition R1 la zone d'alimentation de la vis (31 > , comprenant la trémie (1) plus une portion de vis englobant la partie directement sous ladite trémie (1) augmentée, dans le sens d'écoulement de la matière dans le fourreau (52), d'une longueur correspondant au moins à trois pas de ladite vis (31) Poursuivant son action de transfert de matière, du fàit de sa rotation, la vis (31) recule et amène la came (30) contre le contacteur (33), ce qui Iibère,-par l'intermédiaire du relais (35) et de la mise en position à l'air libre (66) de l'électrovalve (37 > , le ressort (64) lequel ramène le piston (62) et le tiroir (16) vers la droite obturant la trémie (6 > . En raison du transfert de matière à la chambre (54) la vis (31) continue son mouvement de recul amenant les cames (27 > puis (28) contre le contacteur (32) déclenchant l'ouverture puis la fermeture du canal (19Y. La position de la came (27) par rapport à la came (30) correspond au vidage de la zone d'alimentation de la vis.Pendant le recul de (27) en (28) il y a alimentation en composition pour peau R1. Lorsque la quantité totale de matière à injecter nécessaire pour la fabrication de l'objet a été transférée dans la chambre (54) et que la vis occupe la position indiquée sur la figure 3D, se déclenche le processus d'injection, c'est-à-dire l'arrêt de la rotation de la vis et son déplacement en piston. Lorsque la matière a été transférée dans le moule par la buse (53), la vis piston (23) se trouve en position montrée sur la figure 3A et le cycle recommence. En se reportant à la figure 3 on voit les différentes positions de la vis 31 au cours de l'opération. La figure 3A correspond à la fin de la phase injection, le volume de la chambre dtin jection (54) étant pratiquement réduit à zéro. L'espace résiduaire est alors rempli de composition pour peau R1 Ensuite lorseue la quantité de composition pour peau R1 alimentée pendant le temps de recul de la came (25) à la came#(26) a été transférée dans la chambre dVinjetion (54), a vis occupe la position figurée en 3B. Cette quantité correspond pratiquement à la totalité de la composition R1 nécessaire pour envelopper le coeur ; on opère avec une deuxième portion (faible) de composition R1 alimentée lors du recul de la came (27) à la came (28) pour être assuré de l'enveloppement complet du coeur à l'endroit de la carotte et surtout de remplir, avec la composition part peau RI en vue de la prochaine opération, espace résiduel formé de la chambre (5) et du canal dtinjectionO Comme pour la première portion de résine pour peau, lorsque la quantité de matière #pour coeur plastifiée a été transférée dans la chambre d'injection (53), la vis occupe la position figure 3C avec une t'tranche" de composition R1 et une tranche de composition R2 bien distinctes à part une très petite zone (70 > . Enfin après transfert de la portion complémentaire de composition R1 correspondant à l'alimentation pendant le recul de (27) à (28) la vis se présente comme sur la figure 3D avec trois tranches distinctes de matière R1, R2 et R1 séparées par les zones (70) et (71) où la "frontièrett entre les deux compositions est floue. Ainsi on conçoit aisément que lors de îtinjection il nty ait pas mélange entre les deux compositions et qu'on obtienne réellement un produit "sandwich't. Après cette description du fonctionnement, on fera remarquer qu'on peut apporter différentes modifications tant au procédé qu'au dispositif, sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi - au lieu de lier, uniquement par automatisme au recul de la vis, le déclenchement pour dégager ou obturer l'ouverture de passage entre les trémies de dosage, on peut prévoir un déclenchement entièrement programmé par exemple par des minuteries et moteurs temporisés, ou bien un déclenchement automatique lié au recul pour une ou deux des alimentations et programmé pour les autres, ou bien une ou les deux ou les trois ouvertures liées au recul et une ou plusieurs fermetures programmées.Etant donné que le temps du cycle total d'injection n'est pas modifié, car ce temps total est imposé par le temps de refroidissement de la pièce et du moule, on peut imaginer de très nombreuses combinaisons aussi bien dans la liaison des opérations que dans les durées de celles-ci et on conçoit aisé- ment que l'appareillage peut être aussi bien monté sur une presse à injecter existante que prévu lors de la construction de ladite machine. - quant au système de commande, on peut envisager, à la place du système électropneumatioue décrit, un système entièrement électrique ou un système entièrement fluidique (p.e. pneumatiue, hydrauliaue) ou bien un système mécanique et toute combinaison imaginable. - pour ce qui est du dispositif dosage-alimentation, on peut évidemment remplacer les trémies (5) et (6) par deux distributeurs rotatifs, deux tapis transporteurs-doseurs, deux balances-doseuses ou autre système doseur en fonction de la nature physique ou de la forme sous laquelle se présente la composition à alimenter Dans ce même dispositif décrit on peut monter au lieu des tiroirs, des clapets pneumatiques pour le cas où lton emploie des poudres et, au lieu des vérins avec piston à simple effet et ressort, des vérins à double effet Comme on l'a indiqué, on utilise deux compositions différentes pour l'injection, la composition alimentée la première se pla çant de façon à former la partie extérieure ou peau, et la composition alimentée en deuxième lieu se plaçant de façon à former un noyau Après l'injection, on ne constate pas, dans l'objet obtenu, é zones de zones importantes où ilyaenrees deux compositions. Les deux compositions sont différentes dans le sens le plus général0 A savoir elles peuvent différer dtune part par la nature chimique de la résine, d'autre part par des composés ou additifs. Ainsi, - la résine ou matière plastique peut être la même dans les deux compositions, la différence résidant dans les additifs, par exemple résine non chargée pour la peau et résine chargée ou renforcée pour le noyau, résine rigide pour le coeur et résine plaste tifiée pour la peau (exemple polychlorure de vinyle rigide - polychlorure de vinyle plastifié), résine compacte pour la peau et composition pour mousse pour le noyau, résine noble pour la peau et résine de même nature mais de qualité différente ou inférieure pour le noyau, résine avec additif aux propriétés spéciales différentes pour la peau et pour le noyau.Comme propriétés susceptibles d'être modifiées dans les couches, on peut citer : aspect, brillance, coloration (peau incolore et coeur coloré ou peau et noyau de couleurs différentes), aptitude à recevoir une peinture ou une métallisation, antistatisme, résistance aux radiations et rayonnements, résistance aux solvants, résistance aux chocs, résistance aux rayures, résistance à la flexion (coeur ou "moelle'1 souple et surface dure). - les résines ou compositions ou matières plastiques des deux parties (peau et coeur) peuvent être différentes par leur nature chimique. A titre d'exemple nullement limitatif on citera les couples homopolymères et copolymères tels que polystyrène choc, polystyrène cristal, polystyrène-SAN (copolymère styrène-acrylonitrifeX polystyrène-ABS, polycarbonate-ABS, polystyrène-polycarbonate. La seule condition pour l'association des deux résines de nature différente réside dans le fait qu'elles doivent présenter des plages de travail qui ne soient pas trop éloignées l'une de l'autre En d'autres termes qu'on ne soit pas obligé de changer le réglage de température de la machine. Par exemple on a obtenu de bons résultats avec des résines présentant un comportement rhbo- logique voisin. REVEND ICAT IONS lo Procédé de fabrication de produits, pièces ou objets dits '#sandwich1' constitués de résines thermoplastiques, par moulage par injection à l'aide de machine à injecter du type à vis-piston ou du type presse à piston, à partir de deux compositions ou résines différentes, procédé caractérisé par le fait autos utilise une presse à injecter ne comportant qu'un seul bloc d'injection alimente, au cours de la phase de plastification, de manière successive et distincte avec les quantités de chacune des deux compo-sitions nécessaires à la formation de chacune des parties du"san- dwich", la composition nécessaire à la formation de la partie extérieure dudit sandwich étant alimentée en premier/lieu. 2o Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu r il comporte, dans la phase de plastification un premier temps avec alimentation de la composition constitutive de la partie extérieure de l'objet, un deuxième temps avec alimentation de la composition constitutive du coeur de objet et un troisième temps avec alimentation de la composition -constitutive de la partie extérieure. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications I et 2 caractérisé par le fait quton observe entre la in de 1 t alimen- tation d'une composition et le début de l'alimentation de la composition suivante un décalage dans le temps garantissant le passage intégral de la charge précédente hors de la zone d'alimentation du bloc d'injection dans la zone de plastification dudit bloc. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on utilise une presse à injecter comportant un seul bloc d'injection et deux moyens distincts pour doser et alimenter chacune des deux compositions à la zone d'alimentation du bloc d'injection 5. Presse à injecter pour la mise en oeuvre du procédé suivant 11 une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce quelle comporte la combinaison d'un seul bloc d'injection avec deux moyens distincts pour le dosage-alimentation 6.Presse à injecter pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 5 caractérisée en ce que la commanue des moyens de dosage-#albientation est automatique asservie au fonctionnement du bloc d'injection. 70 Presse à injecter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la commande des moyens de dosage-alimentation esL une conunande programmée. 84 Presse à injecter suivant ltune quelconque des,revendlca- tions 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens de dosage-alimentation sont commandés par une combinaison de moyens automatiques et de moyens à programme. 9 Presse à injecter pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que le bloc d'injection est constitué par un ensemble du type vispiston, les moyens de dosage-alimentation distincts sont constitués par deux trémies recevant chacune une composition différente et leurs obturateurs débouchant dans la zone d'alimentation du bloc d'injection0 10 Presse à injecter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que le circuit de commande est un circuit fluidique. 11. Presse à injecter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que le circuit de commande est un circuit électrique, 12. Presse à injecter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que le système de commande est un système mécanique. 13. Presse à injecter suivant 11 une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que le circuit de commande est un circuit électropneumatiqueO 14. Produits moulés obtenus par le procédé suivant les revendications 1 à 4.