Brevet FR2256021A1 — publié le 19750725

La présente invention est relative à un procédé- nouveau de fabrication-dsobjets en résine synthétique. Suivant les procédés de moulage classiques, on fabrique des objets creux par un moulage par soufflage ou par un procédé par liaison suivant lequel on assemble deux ou plusieurs pièces moulées l'une à l'autre. Ces deux procédés sont motteux et imposent certaines limites aux formes des produits obtenus. En outre, on connatt un procédé de moulage par injection qui produit des pièces moulées mousse. Le moulage par injection est efficace pour former des objets ayant des formes compliquées mais il ne permet pas d'obtenir des pièces moulées à peau lisse si on utilise une résine synthétique mousse. En outre, les pièces moulées sont en général enlevées d'un moule après que la résine injectée a été refroidie.Mais la durée de refroidissement est d'autant plus longue que la section de la pièce moulée est plus épaisse. L'invention vise un# procédé nouveau de fabrication d'obJets qui surmonte tous les inconvénients du procédé classique mentionné ci-dessus. Le procédé suivant l'invention consiste à injecter une résine fondue dans une cavité de moule et à charger une masse de fluide sous pression dans cette cavité, de sorte qu'elle soit enfermée par la résine. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple La figure t #est un schéma vu en coupe d'un moule pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe montrant des pièces moulées creuses fabriquées par le procédé suivant l'invention. La figure 4 est une vue en coupe d'une autre variante de moule qui peut être utilisé dans le-procédé suivant l'invention. La figure 5 est une vue en coupe représentant une pièce moulée fabriquée en utilisant le moule représenté à la figure 4. Les figures 6A à 6C sont des schémas illustrant un processus de fabrication d'un article mousse par le procédé suivant l'invention. Les figures 7A à 7C sont des schémas illustrant un autre processus de préparation d'un article mousse par le procédé suivant l'invention. Les figures 8A à 8D sont des schémas illustrant encore un autre processus de fabrication d'un article mousse suivant le procédé de l'invention. La figure 9 est une vue en coupe illustrant une autre variante de moule utilisé dans le procédé suivant l'invention ; et Les figures 10A à 10D sont des schémas illustrant un processus de fabrication d'un objet à section épaisse par le procédé suivant l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit un cylindre 1 d'injection d'une machine {non représentée) de moulage par inJec- tion d'un type bien connu dans la technique. Dans le cylindre 1 est disposée une vis 2 pour plastifier et injecter une résine synthétique à mouler. La vis 2 peut etre entratnée en rotation ou entratnée autrement par un moyen non représenté. La buse 3 du cylindre 1 est reliée à l'entrée d'ut moule 4 d'une tanière convenable bien connue dans la technique. L'inté rieur du cylindre 1 communique avec la cavité 5 du moule par un passage 6 de,la buse 3 et par une carotte 7 du moule 4. La cavité 5 est formée par une partie 8 fixe du moule et par une partie 9 mobile du moule. Pour effectuer le procédé suivant l'invention, on place un dispositif 10 pour l'injection d'un fluide à la sortie du cylindre 1 d'injection. Le dispositif 10 d'injection du fluide a une sortie 11 qui débouche dans le passage 6 de la buse 3, de sa- nière à permettre l'amenée d'un fluide dans la cavité 5 par la carotte 7 du moule 4. La sortie 11~est reliée à une chambre 12 sous pression d'un cylindre 13 pour un fluide par un conduit 14 et une vanne 18 de réglage. Un piston 15 est monté coulissant dans le cylindre 13. Ce piston peut mettre sous pression un fluide fourni à la chambre 12 en provenance d'une source quelconque par un conduit 16 ayant une vanne 17.Quand le piston 15 se meut vers la gauche, tel que représenté à la figure 1, le fluide de la chambre 12 est mis sous pression par le piston 15 et pénètre dans la cavité 5 par le conduit 14, le dispositif 10 d'injection du fluide et la carotte 7. La résine synthétique à mouler est plastifiée à l'aide de la vis 2 dans le-cylindre 1 d'injection et est injectée dans la cavité 5 par la buse 3 et la carotte 7 en une quantité qui est inférieure au volume de la cavité 5, cette injection s'effec- tuant sous l'action de la pression exercée par la vis 2. Ensuite, un fluide sous pression est envoyé par la sortie 11 du dispositif 10 d'injection de fluide dans la cavité 5, de manière à former une partie 20 creuse dans la résine 21 injectée dans la cavité 5 comme illustré à la figure 2. Si on injecte encore de la résine dans la cavité 5, on peut obtenir des pièces moulées 21A dont la partie 20A creuse est fermée, comme représenté à la figure 3. On peut charger le fluide dans la cavité 5 en même temps que la résine y est injectée. Dans ce cas, on peut empocher la cassure de la couche de résine dans la cavité du moule due aux formes des pièces moulées à fabriquer. Ceci semble-d5-au fait que le fluide est chargé dans la cavité en étant entouré par la résine, de sorte que la partie creuse peut être facilement formée dans les pièces moulées. au sein de la cavité. Quand le fluide casse la couche de résine de la cavité même quand on opère à la manière indiquée ci-dessus, si bien qu'on ne peut obtenir des résultats reproductibles et satisfaisants, il vaut mieux mettre la cavité du moule à l'avance sous pression à l'aide d'un gaz sous pression#avant l'injection de la résine à mouler. La figure 4 représente autre moule qui peut être utilisé pour obtenir des pièces moulées satisfaisantes sans pressurisation à l'avance de la cavité du moule. Ce moule comprend une partie 30 fixe et des première et seconde parties 31 et 32 mobiles. La partie fixe 30 et la première partie mobile 31 forment un canal principal 33 entre elles avec une carotte 34 et un canal secondaire 35- à leurs extrémités Le canal 35 communique avec une cavité 36 du moule constituée par les première et seconde parties 31 et 32. Cette cavité comporte un passage 37 qui communique avec l'atmosphère par une vanne 38. La figure 5 représente un article 39 moulé à l'aide du moule illustré à la figure 4. Quand on charge un fluide sous pression dans la cavité 36, il traverse la résine injectée et s'éva- eue de la cavité vers l'atmosphère par le passage 37. Il s'ensuit que l'on peut obtenir une reproductibilité satisfaisante de la forme et que l'on peut obtenir des passages 40 de forme compliquée dans les pièces moulées. En outre, on peut effectuer le refroidissement des pièces moulées dans les passages 40 en continuant à alimenter en fluide la cavité. Quand on veut fabriquer des pièces moulées de plus grande épaisseur, on agrandit le volume de la cavité du moule en faisant se mouvoir la partie mobile, par exemple la partie 9 de la figure 1, en même temps que l'on charge le fluide dans la cavité. En outre, quand la cavité a une épaisseur plus petite lors de l'injection de la résine, l'agrandissement de la cavité est possible en vue d'obtenir des pièces moulées ayant des couches extr0memênt fines et extrêmement uniformes. Par l'expression "résine synthétique", on entend toutes matières résineuses thermoplastiques généralement utilisées dans la technique. Néanmoins, on peut utiliser toutes matières résineuses thermodurcissables convenables. En outre, on peut ajouter divers additifs à ces matières résineuses. Par l'expression "fluide", on entend une masse liquide ou gazeuse. La masse gazeuse peut titre de l'air, de préférence de l'azote gazeux, du gaz carbonique, etc. La masse liquide peut étire de l'eau, mais tout liquidé convenable qui ne nuit pas à la résine à mouler peut autre utilisé. On chauffe à l'avance de pré férence le liquide au voisinage de la température de la résine plastifiée quand on le charge dans la cavité. Suivant l'invention, on peut utiliser une résine moussable pour obtenir des pièces moulées mousse ayant des peaux plus lisses que celles des pièces moulées fabriquées suivant l'art antérieur. En se reportant à nouveau à la figure 1, on charge une masse de gaz dans la cavité 5 par la buse 3 et la carotte 7 après ou pendant l'injection de la résine moussable pour former dans celle-ci une partie creuse. Puis on fait sortir le gaz de la cavité 5 d'une manière bien connue dans la technique quand -la couche extérieure superficielle de la résine injectée durcit. En cons6quence, la résine moussable se dilate vers l'intérieur pour former des pièces moulées ayant une couche extérieure non mousse et une couche intériéure mousse entourée par la couche extérieure. Cette couche extérieure non mousse a une peau plus lisse puisque sa masse volumique est supérieure à celle des pièces moulées fabriquées suivant l'art antérieur. La marque d'un remous à la surface des pièces moulées peut store évitée en mettant la cavité sous pression à l'aide d'un gaz avant le stade d'injection de la résine qui peut mousser. On peut injecter la résine dans la cavité 5 de manière que cette résine 50 soit entourée d'une résine 51 non moussable, comme illustré à la figure 6A. Quand une masse de gaz est chargée dans la cavité 5, ces résines, comme illustré à la figure 6B, sont repoussées contre les parois du moule, de manière à former une partie 52 creuse. Quand le gaz est évacué de la cavité après que la couche de rés s ncn mouableadnniau Xinren sa partie superficielle extérieure, la couche 50 de résine moussable, comme représenté à la figure 6C, s'étend jusqu'à devenir un corps 50A cellulaire emplissant la partie 52 creuse. Les figures 7A à 7C illustrent un autre processus de fabrication de pièces mousse suivant l'invention. On fait s'expanser une résine moussable une fois qu'elle a été injectée dans la cavité puis on charge une masse de gaz dans la cavité (voir les figures 7A et 7B). Quand le gaz est évacué de la cavité, une couche intérieure de résine prend à nouveau de l'expansion pour former un objet ayant une couche 53 superficielle de densité plus élevée et un corps 54 cellulaire entouré par la couche 53 superficielle. Dans un autre processus encore de fabrication de pièces moulées mousse, illustré aux figures SA à 8D, une cavité 55 est susceptible d'être agrandie sous l'action de la pression itinjec- tion d'une résine moussable. Quand la résine 56 fondue est injectée dans la cavité 55, cette dernière est agrandie comme représente à la figure 8B. En chargeant ensuite du gaz, la cavité 55 s'agrandit 8 sa dimension normale tandis que la résine est repoussée contre les parois de la cavité, de manière à former une partie 57 creuse à l'intérieur (voir figure 8C). en évacue ensuite le gaz de la cavité, si bien que la couche intérieure de résine prend de l'expansion et devient un corps cellulaire intérieur entouré d'une couche superficielle ayant une densité plus élevée, comme illustré à la figure 8D. La figure 9 illustre un autre moule pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Le moule lui-même 60 comprend une première partie 61 ayant une carotte 62, une seconde partie 63 ayant un canal 64 secondaire et une troisième partie 65 mobile par rapport à la seconde partie 63. Les première et seconde parties 61 et 63 forment entre elles un canal principal 66, qui communique à ses extrémités opposées avec la carotte 62 et le canal secondaire 64 respectivement. Les deuxibme et troisième parties 63 et 65 constituent entre elles une cavité. 67 de ioule, qui communique à l'une de ses extrémités avec le canal secondaire 64, tandis qu'à son autre extrémité elle comprend un passage 68 pour l'évacuation du gaz. La première partie 61 est munie d'un passage 69 d'ali mentation qui est relié au canal principal 66. La sortie de ce passage d'alimentation peut être ouverte ou fermée sélectivement à l'aide d'une vanne 70 à piston 71 monté coulissant dans un cylindre 72. Le piston 71 est destiné à recevoir sur ses deux côtés une pression amenée par l'une ou l'autre des ouvertures 73 et 74. Le passage 69 est également relié à une vanne 75 à trois voies par l'intermédiaire d'un conduit 76. La vanne 75 permet d'établir une communication entre le passage 69 et une entrée 77 qui peut étire reliée à toute source de pression convenable (non représentée) ou avec une autre entrée 78 qui peut être reliée à toute source de refroidissement (non représentée). La résine fondue 80 qui peut être plastifiée dans toute machine de moulage par injection, non représentée, est injectée dans la cavité 67 du moule par la carotte 62, le canal 66 principal et le canal 64 secondaire en une quantité inférieure au volume de la cavité (voir figure 10A). La vanne 70 est alors ouverte et on envoie-du gaz ou un liquide sous pression dans la cavité 67 par le canal 66 principal et le canal 64 secondaire, la vanne à trois votes 75 étant alors dans la position illustrée à la figure 9.Le gaz chargé traverse la résine injectée 80 et est évacué à l'atmosphère par le passage 68 en formant une partie 81 creuse dans la résine, comme illustré à la figure 103. Ensuite, on fait tourner la vanne 75 à trois voies de manière à établir une communication entre le passage 69 et l'entrée 78, de sorte qu'un agent réfrigérant, tel que de l'eau, est envoyé dans la partie 81 creuse, de manière à refroidir la résine 80. Au bout d'un temps donné, on fait fonctionner à nouveau la vanne 75 à trois voies pour établir une comnunication entre le passage 69 et l'entrée 77. DU gaz est envoyé dans la partie 81 creuse de résine qui se trouve. dans la cavité 67 de manière à repousser l'agent réfrigérant et à l'évacuer de la partie 81 creuse, comme illustré à la figure 10D. Le processus illustré aux figures 10A à 10D est efficace pour abréger la durée de refroidissement d'une pièce moulée, parce que cette dernière est également refroidie par ses parois intérieures. Les exemples suivants illustrent l'invention. Exemple 7 On moule une résine thermoplastique en un article affectant la forme d'un disque d'un diamètre de 150 a et d'une épaisseur de-7 a en utilisant le moule illustré à la figure 1. La ré sine therioplastique utilisée est au polystyrène qui est plastifié à 2000 C et injecté dans la cavité du ioule en une quantité de 80 g. On envoie ensuite de l'azote gazeux dans la cavité du moule sous une pression de 150 kg/cm2. Quand la résine a été refroidie et durcie dans la cavité, on obtient des pièces moulées ayant une partie creuse, comme illustré à la figure 2.Quand de la résine plastifiée est en outre injectée dans la cavité du moule en une quantité d'environ 20 g après que l'azote gazeux y a été chargé, on obtient, après refroidissement en vue du durcissement, des pièces moulées creuses telles qu'illustrées à la figure 3. Exensple 2 Dans le moule illustré à la figure 1, on injecte du polystyrène fondu, la cavité du xoule affectant la forme d'un disque d'un diamètre de 20 cm et d'une épaisseur de 1 cm. L'injec- tion se fait par un canal central direct. On charge ensuite de l'azote gazeux sous une pression de 50 kg/cm2 par le meme canal. Cependant que l'on charge le gaz sous pression dans la cavité, on fait s'éloigner une partie mobile du moule de l'une de ses parties fixes, de sorte que la cavité du moule est agrandie et a une épaisseur de 3 cm. De la sorte, on obtient des pièces moulées ayant une partie creuse plus grande et une densité moyenne de 0,4. Exemple 3 On reprend l'exemple 2 si ce n'est que l'on règle la cavité du moule à une épaisseur de 3 cm. On obtient des pièces moulées ayant des couches superficielles un peu plus épaisses que celles des pièces moulées obtenues à l'exemple 2. Exeinle 4 On meule des articles mousse en utilisant le moule illustré à la figure 1. A de la résine de polystyrène on ajoute, à titre d'agent moussant, 6% en poids de n-pentane et 0,2,' en poids d'amide de l'acide azodicarboxylique et l'on plastifie à 2000 C. Ensuite, on injecte cette résine de polystyrène fondue dans la cavité d'un moule affectant la forme d'un disque d'un diamètre de 150 mm et d'une épaisseur de 10 mm en passant par un canal central direct. La cavité du moule est constituée à l'aide de parties de moule en fer et elle est mise au préalable sous une pression de 10 kg/cm2 par de l'air avant que l'on injecte de la résine en une quantité de 100 g. Ensuite, on envoie de l'azote gazeux sous une pression de 80 kg/cm2 dans la cavité pour former une pièce moulée creuse. Cinq secondes après, on retire l'azote gazeux de la cavité, de sorte que la résine moussable puisse s'y expanser.L'article mousse obtenu a une couche superficielle lis- se et un corps intérieur mousse entouré par la couche superficielle ; sa densité moyenne est de 0,57. Quand on établit une communication entre la cavité du moule mise au préalable sous pression et une source de dépression lors de l'évacuation de l'azote gazeux, on obtient des articles ayant des surfaces plus lisses. En outre, la résine s'expansé de manière plus uniforme en utilisant de l'hydrogène gazeux chauffé à 2500 C. Exemple 5 On moule des articles mousse suivant le processus illustré à la figure 6. Dans le moule illustré à la figure 1, on in Jecte une résine de polystyrène plastifiée à 2000 C dans la cavité en une quantité de 60 g puis on injecte du polystyrène moussable semblable à celui utilisé à l'exemple 4 en une quantité de 60-g. Ensuite, on envoie de l'azote gazeux dans la cavité du-moule sous une pression de 80 kg/cm2 pour former une partie creuse dans la résine qui a été injectée. Cinq secondes après, on enlève l'azote gazeux de la cavité, de sorte que la résine moussable peut s'expanser pour former des pièces moulées mousse. Ces pièces moulées consistent en noyaux mousse entourés de couches superficielles lisses. La densité moyenne est de 0,7. Exemple 6 Dans le moule représenté à la figure 1, on moule des pièces moulées en forme de disque d'un diamètre de 150 mm et d'une épaisseur de 7 mm. La résine thermoplastique utilisée est du polystyrène et le liquide est de l'eau chauffée à 2000 C. On règle d'abord l'épaisseur de la cavité du moule à 5 mm puis on emplît de résine fondue. Ensuite, on envoie de l'eau chauffée dans la cavité sous une pression de 150 kg/cm2. Sous l'action de la pression de l'eau envoyée, l'épaisseur de la cavité augmente à 7 sm. On refroidit dans la cavité les pièces moulées obtenues comportant des parties creuses. Exemple7 Dans le moule illustré à la figure 9, on fabrique des objets cylindriques dtun diamètre de 20 mm et d'une longueur de 300 mm. La résine thermoplastique est de l'ABS et le liquide est de l'eau chauffée à 2000 C. On injecte la résine plastifiée dans la cavité du moule en une quantité représentant 7056 du volume de celai-ci puis on envoie l'eau chauffée dans la cavité 67 du moule sous une pression de 150 kg/cm2 par l'intermédiaire du passage 69 et de la vanne 75. Finalement, on refroidit les pièces moulées creuses obtenues au sein même de la cavité. Exemple 8 Dans le moule illustré à la figure 9, on fabrique des objets cylindriques de 40 ms de diamètre et de 300 mm de longueur. La résine thermoplastique utilisée est du polystyrène. Elle est plastifiée à 2000 C puis injectée dans la cavité du moule en une quantité représentant les deux tiers du volume de celui-ci. Ensuite, on envoie de l'azote gazeux dans la cavité du moule sous une pression de 100 kg/cm2 pour former dans la résine une partie creuse, puis on envoie de l'eau froide dans la partie creuse afin de la refroidir. Ensuite, on envoie à nouveau de l'azote gazeux sous pression dans la cavité pour en expulser l'eau. Suivant l'invention, le temps nécessaire pour mouler un seul objet est de une-minute et vingt secondes à une température du moule de 300 C. En revanche, suivant l'art antérieur, il fallait deux minutes et trente secondes. REVENDI CÂT IONS 1. Procédé de fabrication d'objets en résine synthétique, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter de la résine fondue dans une cavité de moule en une quantité inférieure au volume de la cavité et à envoyer une masse de fluide sous pression dans cette cavité, de manière que cette masse de fluide soit enfermée par la résine. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter en outre une certaine quantité de résine fondue dans le moule après y avoir envoyé du fluide sous pression. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel le fluide est une masse de gaz et la résine est une résine synthétique moussable, caractérisé en ce qu'il consiste à faire sortir le gaz de la cavité du moule quand la résine moussable quiyest in joetée, est durcie sur sa couche superficielle extérieure. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le fluide est une masse de gaz et la résine est une couche intérieure de résine moussable entourée d'une couche extérieure de résine non moussable, caractérisé en ce qu'il consiste à expul ser le gaz de la cavité du moule quand la couche extérieure durcit sur sa partie superficielle. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à X, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter une masse d'agent réfrigérant dans la partie creuse de la résine créée par l'envoi du fluide alors que le fluide est expulsé de la cavité du moule. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre la cavité du moule sous pression à l'aide d'un gaz avant l'injection de la résine fondue. 7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à agrandir le volume de la cavité lorsqu'on envoie le fluide da#ns celle-ci. 8. Procédé suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste à agrandir le volume de la cavité après expulsion du gaz. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer à l'avance le fluide avant de l'envoyer dans le moule.