Brevet FR2377270A1 — publié le 19780811

La présente invention se rapporte à une tête de mélange auto-nettoyante pour le moulage des mousses de matière plastique et plus particulièrement des mousses de polyuréthane, comprenant une chambre de mélange dans laquelle les divers composants a mélanger sont introduits et sont mélangés par turbulence avant d'être envoyés dans la cavité du moule à alimenter. Les mousses de polyuréthane sont le résultat de la réaction d'un polyisocyanate sur un polyol en présence d'eau et/ou d'un solvant à bas point d'ébullition. L'eau réagit chimiquement sur les isocyanates en donnant une urée et un dégagement de gaz carbonique. Par ailleurs, le solvant a bas point d'ébullition est vaporisé par la chaleur provenant de la réaction exothermique du polyol et de l'eau sur le polyisocyanate. Le gaz carbonique et/ou le solvant vaporisé forment des cellules au sein de la masse en cours de réaction et conduisent à un produit alvéolaire ou mousse, Pour que ces réactions chimiques soient intéressantes industriellement, il faut qu'elles soient rapides. C'est la raison pour laquelle on les catalyse suffisamment pour qu'elles soient pratiquement achevées en l'espace d'une a deux minutes.On obtient alors une mousse d'un polymère ayant un réseau moléculaire tridimensionnel et qui est, de ce fait, très difficile d dissoudre. Les appareils utilisés pour la fabrication industrielle des mousses de polyuréthane doivent donc être nettoyés très rapidement après leur utilisation. Ces appareils, appelés machines a mousse, sont composés de pompes doseuses qui envoient séparément les divers composants à mélanger dans une tête dans laquelle ils sont mélangés pour provoquer les réactions décrites ci-dessus. A chaque arrêt de la machine, la tête de mélange doit être nettoyée afin d'éviter que le mélange qui reste sur ses parois ne polymérise et la mette ainsi hors service. Sur les machines actuellement dans le commerce, le problème du nettoyage a été résolu de deux façons bien distinctes, ce qui fait que l'on trouve sur le marché deux types de machines. Le premier type comprend toutes les machines pourvues d'une tête de mélange équipée d'un agitateur mécanique. Sur ces machines, on nettoie la tête de mélange, après utilisation, en injectant dans cette tête une quantité de solvant suffisante pour diluer et entraîner les produits en cours de réaction. Le deuxième type comprend toutes les machines sur lesquelles les composants sont mélangés sans agitateur mécanique. Sur ces machines, le mélange est obtenu par l'injection sous haute pression (plus de 100 bars) des divers composants dans une tête de mélange comprenant une chambre cylindrique de petit volume dans laquelle se produit une grande turbulence. En vue du nettoyage d'une telle tête de mélange, on expulse vers l'extérieur de#la chambre, grâce a un piston, les restes de mousse subsistants à l'intérieur de la tête de mélange. Cependant, dans ce cas, il reste toujours, entre le piston et la paroi de la chambre, un film de mousse qui achève de se polymériser et qui durcit, rendant difficile tout mouvement ultérieur du piston.Pour cette raison, ledit piston d'expulsion doit être manoeuvré a l'aide d'un vérin hydraulique utilisant des pressions élevées. Les solutions adoptées sur ces deux types de machines pour le nettoyage de la tête de mélange présentent des inconvénients. Dans le premier cas, la présence d'un agitateur mécanique implique que la chambre de mélange ait des dimensions non négligeables, de sorte que son nettoyage nécessite une grande quantité de solvant et provoque une perte importante de matières premières. Dans le deuxième cas, l'utilisation d'un piston hydraulique pour expulser de la chambre de mélange les restes de mousse exige un usinage très précis de la tête et en augmente ainsi le prix de revient. Par ailleurs, les mouvements successifs du piston provoquent une usure relativement rapide des pièces mécaniques. Enfin, le mélange ne peut se faire correctement que si les composants sont injectés dans la tête de mélange sous une haute pression, ce qui entrain une grande consommation d'énergie. Un dernier inconvénient commun aux deux types de machines connues consiste dans le fait que la forme de la chambre de mélange est imposée par la présence, soit de l'agitateur mécanique, soit du piston d'expulsion. Dans le premier cas, la chambre de mélange doit être de révolution lorsque l'agi tateur est rotatif et dans le second cas, la chambre de mélange doit être cylindrique pour permettre au piston d'expulsion de coulisser. Le but de la présente invention est de réaliser une tête de mélange auto-nettoyante, n'exigeant ni agitateur mécanique, ni pistoh d'expulsion, remédiant aux inconvénients de ces deux types de têtes de mélange tout en conservant leurs avantages, et présentant une structure sensiblement plus simple que ces dernières. La tête de mélange auto-nettoyante comprend une chambre de mélange délimité par deux demi-coquilles séparables, la tête de mélange étant ainsi ouvrante. Cette tête de mélange n'exige ni agitateur, ni piston d'expulsion pour son nettoyage puisqu'il suffit de l'ouvrir pour enlever la mousse qu'elle contient. A ce sujet, il est avantageux de donner à la chambre de mélange un dessin permettant le démoulage de la carotte de mousse qu'elle contient. Pour permettre une réduction du volume de la chambre de mélange et, simultanément, une diminution de la pression d'injection des composants dans cette chambre, en assurant malgré tout un mélange intime de ces composants, il est avantageux de donner à la chambre de mélange un dessin assurant un mélange particulièrement efficace des composants par turbulence.La chambre de mélange peut ainsi avoir en particulier la forme d'une hélice, le plan de joint des deux demi-coquilles passant par l'axe de l'hélIce. Ainsi, il devient possible d'obtenir un mélange parfait des composants, sans agitateur mécanique, dans une chambre de faible volume, uniquement par turbulence, avec une pression d'injection des composants pouvant varier de 1 à 200 bars, mais choisie de préférence entre 5 et 20 bars, De préférence, les deux demi-coquilles de la tête de mélange sont associées au moule à alimenter de manière que la tête de mélange ouvre en même temps que le moule. Ainsi, on laisse la mousse polymériser dans la chambre de mélange, en même temps que la mousse dans le moule, et on démoule la carotte de mousse subsistant dans la chambre en même temps que l'objet moulé. Les deux demi-coquilles de la tête de mélange peuvent être, par exemple, fixées à l'extérieur sur les demi-moules. Cependant, la tête de mélange peut également être incorporée au moule, sous la forme de deux demi-coquilles rapportées à l'intérieur des deux demi-moules. De plus, la tête de mélange peut faire partie intégrante du moule, la chambre de mélange étant alors, soit obtenue par la même opération de fonderie que celle qui donne naissance aux demi-moules, soit usinée ultérieurement dans les parois des deux demi-moules. En fabrication industrielle, une chaîne de production d'objets en mousse de polyuréthane comprend généralement un grand nombre de moules dont chacun peut être équipé d'une tête de mélange conforme à l'invention. Les têtes de tous ces moules peuvent être reliées a demeure aux circuits des divers composants à mélanger, un jeu de valves permettant d'assurer le remplissage successif de tous les moules. Cependant, il est possible également d'injecter les composants dans les têtes de mélange des différents moules par un appareil unique qui s'adapte successivement sur chacune de ces têtes. Afin d'éviter le bouchage par la mousse des orifices d'injection des composants dans la chambre de mélange, il est avantageux de munir ces orifices d'injection de clapets anti-retour. Par ailleurs, il est également possible de remplacer ces clapets anti-retour par des clapets équipés chacun d'un système de commande pneumatique comprenant un piston a double effet. Tous les clapets peuvent ainsi être commandés simultanément. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description donnée ci-après de plusieurs exemples de réalisation de têtes de mélange auto-nettoyantes, illustrés par le dessin annexé, sur lequel les fig. 1 et 2 représentent deux modes de réalisation de têtes de mélange connues; les fig. 3, 4 et 5 représentent trois modes de réalisation d'une tête de mélange conforme à l'invention; les fig. 6 et 7 représentent schématiquement deux modes d'alimentation des têtes de mélange conformes a l'invention montées sur une série de moules; la fig. 8 est une coupe d'une tête de mélange à chambre en hélice, avec des orifices d'injection équipés de clapets anti-retour;; la fig. 9 est une coupe d'une partie d'une tête de mélange avec des orifices d'injection équipés de clapets à commande pneumatique En se référant aux fig. 1 et 2, on va d'abord décrire les deux types connus de têtes de mélange pour le moulage des mousses de matière plastique. Selon la fig. 1, une tête de mélange 1 comporte une chambre intérieure 2 de révolution, en l'occurrence tronconique, à l'intérieur de laquelle est monté un agitateur mécanique rotatif 3. Deux conduits 4, 5 sont raccordés a une extrémité de la tête pour l'introduction de deux composants destinés à être mélangés sous l'action de l'agitateur 3 pour réagir en vue de la formation de mousse de matière plastique. Le mélange quitte la chambre a l'extrémité opposée par une ouverture 6. En vue du nettoyage de la chambre 2 après utilisation un conduit 7 servant à l'introduction d'un solvant est raccordé du même coté que les conduits 4, 5. On reconnaît que la chambre de mélange 2 présente un volume relativement important dû a la présence de l'agitateur 3. Selon la fig. 2, une tête de mélange 8 contient une chambre de mélange 9 de forme cylindrique, dans laquelle deux composants sont injectés sous haute pression (plus de 100 bars) par des conduits 10, 11, ce qui produit une grande turbulence assurant le mélange. En vue du nettoyage de la chambre 9, la tête de melange 8 est surmontée d'un vérin hydraulique dont le piston 12 peut, par envoi de fluide hydraulique sous haute pression par l'un des deux conduits 13, 14 sur l'une ou l'autre face de ses faces coulisser en va-et-vient suivant l'axe de la chambre 9. Le piston 12 est prolongé en direction de la chambre de mélange 9 par une tige dont l'extrémité libre 15 coulisse à la manière d'un piston dans la chambre de mélange 9.Ce piston 15 est ainsi à même d'expulser à l'extérieur, par l'ouverture de sortie 16, les restes de mousse subsistants à l'intérieur de la chambre 9 a la fin de l'utilisation de la tête de mélange 8. La fig. 3 représente un premier mode de réalisation de la tête de mélange auto-nettoyante conforme à l'invention. La tête de mélange 17 est formée de deux demi-coquilles 18, 19 délimitant entre elles une chambre de mélange de faible volume. Chacune des deux demi-coquilles 18, 19 est fixée par une bride 20, 21 latéralement a l'extérieur sur l'une des deux moitiés 22, 23 d'un moule 24, les deux demi-coquilles 18, 19 ayant le même plan de joint que les demi-moules 22, 23. La tête de mélange 17 ouvre ainsi avec le moule 24. Les deux composants à mélanger sont introduits par deux conduits 25, 26 traversant les parois des deux demircoquilles 18, 19 sensiblement à l'opposé de l'extrémité à laquelle la chambre délimitée par les deux demi-coquilles 18, 19 débouchent dans la cavité du moule 24. Ainsi, la carotte de mousse 27 qui reste dans la tête de mélange 17 après remplissage de la cavité du moule 24 est démoulée en même temps que la pièce moulée 28 dont elle est ensuite séparée. Dans le mode de réalisation suivant la fig. 4, une tête de mélange 29 formée de deux demi-coquilles 31, 32 est incorporée à un moule 30. Les deux demi-coquilles 31, 32 sont rapportées dans un logement de forme appropriée prévu a l'intérieur des deux demi-moules 33, 34, au niveau du plan de joint des demi-moules. Les deux conduits 35, 36 d'arrivée des composants du mélange traversent les parois des deux demi-coquilles 31, 32. Dans le mode de réalisation suivant la fig. 5, la tête de mélange 37 fait partie intégrante du moule 38, la chambre de mélange étant constituée par deux creux 39, 40 prévus dans les deux demi-moules 41, 42 au niveau du plan de joint du moule 38. Les deux creux 39, 40 peuvent être obtenus par la même opération de fonderie que celle qui donne naissance au moule 38 ou bien peuvent être usinés ultérieurement dans les parois des demi-moules 41, 42. Les deux conduits d'arrivée 43, 44 pour les constituants a mélanger traversent ici les parois des demi-moules qui sont en même temps les parois de la chambre de mélange. La tête de mélange auto-nettoyante telle que décrite peut être utilisée en particulier selon la fig. 6 pour des installations de moulage de mousse de polyuréthane comprenant une série de moules 45 équipés chacun d'une tête de mélange 46 formée de deux demi-coquilles. Toutes les têtes de mélange 46 sont reliées aux circuits des composants à mélanger, circuit dont un seul est représenté. Une pompe doseuse 47 envoie le composant depuis un réservoir 48 a un débit mesuré vers les moules 45 qui sont remplis successivement a l'aide d'une série de valves 49. Les conduits d'arrivée des composants sont donc fixes à demeure sur les demi-coquilles des têtes de mélange 46. Dans la variante illustrée par la fig. 7, les conduits d'arrivée des composants ne sont pas fixés à demeure sur les demi-coquilles des têtes de mélange 46. L'injection des composants retirés des réservoirs 48 par des pompes doseuses 47 s'effectue par un appareil de raccordement 50 unique qui est fixé successivement sur chacune des têtes de mélange 46 au moment du remplissage du moule correspondant 45. La commande de l'injection de la mousse est assurée par deux valves à trois voies 49, une pour chaque constituant du mélange. Afin d'éviter le bouchage, par la mousse, des orifices d'injection des composants dans la tête de mélange, il est prévu, suivant la fig. 8, d'équiper ces orifices de clapets anti-retour 51. On reconnatt sur cette même figure, une chambre de mélange 52 en forme d'hélice, ménagée dans les deux demi-coquilles 53, 54 pourvues de brides 55, 56 pour leur fixation extérieure sur un moule. Une telle chambre en hélice permet d'obtenir un excellent mélange des composants même lorsque ces derniers sont introduits sous basse pression (de 5 à 20 bars) dans la chambre de mélange 52. Afin d'assurer un démoulage parfait de la carotte de mousse subsistant dans la chambre 52, le plan de joint des deux demi-coquilles 53, 54 passe par l'axe de l'hélice de la chambre 52. Au lieu d'utiliser des clapets anti-retour, il est également possible d'équiper de clapets commandés les orifices d'injection des constituants dans la chambre de mélange. Selon la fig. 9, les clapets 57 équipant les orifices d'injection des composants, qui font communiquer la chambre de mélange 58 avec les conduits d'amenée de composants 59, sont commandés chacun par un piston pneumatique 60. De l'air comprimé peut être envoyé sur l'une des faces du piston 60, par un conduit 61, en vue de l'ouverture du clapet 57, et sur l'autre face du piston 60, par un conduit 62 en vue de la fermeture du clapet 57. Par ce moyen, il est possible facilement de commander l'ouverture et la fermeture simultanée de tous les clapets 57 d'une tête de mélange. Le degré d'ouverture de chaque clapet 57 peut être reglé a l'aide d'une vis pointeau 63N ce qui permet de choisir la pression d'injection de chaque composant. Il va de soi que de nombreuses modifications et variantes sont possibles dans le cadre de la présente invention. Ainsi, la chambre de mélange peut avoir un dessin adapté chaque fois a la rhéologie des composants a mélanger de façon a obtenir les meilleurs résultats. Il convient cependant de veiller a ce que le démoulage de la carotte de mousse subsistant dans la chambre de mélange ne pose pas de difficulté. Le nombre des composants a injecter peut être supérieur a deux, selon le type de mousse a réaliser. Il en est de même pour le nombre des conduits d'arrivée des composants raccordés à la tête de mélange. En outre, la commande de l'injection de la mousse dans le moule peut se faire par des systèmes différents de ceux illustrés sur les fig. 6 et 7, tous les sytèmesde commande d'injection existant sur le marché pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention. Enfin, l'ouverture des clapets commandant les orifices d'injection des composants dans la chambre de mélange et en particulier l'ouverture simultanée de ces clapets peut se faire par un système mécanique au lieu du système a pistons pneumatiques tel que représenté sur la fig. 9. REVENDICATIONS 1. Tête de mélange auto-nettoyante pour le moulage des mousses de matière plastique et plus particulièrement des mousses de polyuréthane, comprenant une chambre de mélange dans laquelle les divers composants à mélanger sont introduits et sont mélangés par turbulence avant d'être envoyés dans la cavité du moule à alimenter, caractérisée par le fait que la tête de mélange auto-nettoyante comprend une chambre de mélange délimitée par deux demi-coquilles séparables, la tête de mélange étant ainsi ouvrante. 2. Tête de mélange suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la chambre de mélange a un dessin permettant le démoulage de la carotte de mousse qu'elle contient. 3. Tête de mélange suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la chambre de mélange a un dessin assurant un mélange par turbulence des divers composants du mélange introduits sous une pression réduite. 4. Tête de mélange suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que la pression d'injection des composants du mélange est comprise entre 5 et 20 bars. 5. Tête de mélange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les deux demi-coquilles de la tête de mélange sont associées au moule à alimenter de manière que la tête de mélange s'ouvre même temps que le moule. 6. Tête de mélange suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que les deux demi-coquilles sont fixées à l'extérieur sur les deux demi-moules, 7. Tête de mélange suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que la tête de mélange est incorporée au moule, les deux demi-coquilles étant rapportées a l'intérieur des deux demi-moules. 8. Tête de mélange suivant la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle fait partie intégrante du moule, la chambre de mélange étant obtenue par la même opération de fonderie que celle qui donne naissance aux demi-moules, ou usinée dans les parois des deux demi-moules. 9. Tête de mélange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la chambre de mélange a la forme d'une hélice, le plan de joint des deux demi-coquilles passant par l'axe de l'hélice. 10.. Tête de mélange suivant. l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les conduits d'amenée des divers composants a mélanger sont fixés a demeure sur les deux demi-coquilles. 11. Tête de mélange suivant l'une quelconque des revendications 1 a -9, caractérisée par le fait que les conduits d'amenée des divers composants du mélange ne sont pas fixés à demeure sur les deux demi-coquilles, les composants étant injectés dans la tête de mélange par un appareil de raccordement qui s'adapte sur ladite tête. 12. Tête de mélange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les orifices d'injection des divers composants du mélange dans la chambre de mélange sont équipés de clapets anti-retour. 13. Tête de mélange suivant l'une quelconque des revendications 1 a ll, caractérisée par le fait que les orifices d'injection des divers composants du mélange dans la chambre de mélange sont équipés de clapets dont l'ouverture simultanée est commandée par un système de pistons pneumatiques ou par un système mécanique.