Brevet FR2383772A1 — publié le 19781013

L'invention concerne un appareil pour la fabrication de pièces volumineuses en matière plastique et en mélanges de caoutchouc. Actuellement, pour l'injection de mousse structurée, c 'est-à-dire de matière plastique à caractère expansif qui forme dans un moule une pièce moulée solidaire comportant un coeur poreux et une surface compacte, on utilise quelques procédas spéciaux de fabrication et des appareils spécialement adaptés. L'expansion de la matière fondue est assurée par un porogène que l'on introduit dans le moule en meme temps que la matière fondue. Le porogène peut être une matière qui se décompose à température élevée, par exemple 1 'azo-dicarbonamide etc., ou bien un gaz com primé par exemple l'azote. On injecte à grande vitesse dans le moule la masse fondue ainsi préparée, soit au moyen d'un piston et depuis un réservoir après remplissage par une vis de plastification > soit directement depuis la chambre de plastification, par le mouvement axial du côté frontal de la vis de plastification. Dans les appareils qui injectent la matière depuis la cham- bre de réserve, la chambre est montée de telle sorte que le mouvement du piston s'effectue parallèlement, obliquement ou perpendiculairement à l'axe du moule, qui est perpendiculaire aux plateaux de fixation. Lorsqu'on injecte perpendiculairement à l'axe du moule, la chambre débouche avantageusement dans une buse qui est parallèle à l'axe de la chambre et s'appuie contre la paroi latérale du moule. Le moule est muni d'une entrée dans la direction de son plan de séparation et la matière fondue avance d'un côté à l'autre de la cavité du moule.On utilise cet appareil et ce procédé avec une disposition perpendiculaire du groupe d'injec- tion relativement à un ou plusieurs obturateurs ; par exemple dans le cas d'un obturateur à axe vertical, l'axe d'injection étant horizontal, ou lorsqu'on injecte par le côté de l'extrudeuse0 Une autre construction présente un écoulement dans l'axe de la chambre. L'écoulement se divise à son extrémité en deux parties de sorte que les deux extrémités remplissent le moule dans la direc tion de son axe. Dans des appareils universels pour l'injection de mousses structurées et de matières plastiques classiques > la suite de machines de construction courante,.st raccordé un accumulateur hydraulique muni des distributeurs correspondants. Avec cet appareil, on maintient la grande pression d'inJection et la vitesse d'injection, c'est-à-dire le mouvement de la vis, mais le volume maximal que Il'on pouvait injecter primitivement n'est pas accru. Les appareils décrits, utilisant une chambre et un piston d'inJection, sont simplement destinés à une technique d'injection à basse pression car leurs chambres sont destinées à de faibles pressions d > inj5ction et à de grands volumes. En comparaison d'appareils pour l'injection de pièces homogènes classiques, les chambres sont aussi reliées à des dispositifs de fermeture à faibles forces de serrage et à des colonnes faibles, Dans les appareils usuels pour l'injection à haute pression de matières classiques contenant un porogène, qui fonctionnent à grande vitesse et à haute pression, la grandeur des injections est simplement limitée par la capacité du groupe.La grandeur de ces injections est égale à celle des injections usuelles de matière classique. entant don la variété des produits et surtout de leurs dimensions, on ne peut pas, lors de la transformation, tirer pleinement parti de la grandeur des plateaux de fixation et de 1 'ouver- ture de la machine0 Dans une production différente à la fois par sa nature et son nombre de pièces il n'est souvent pas économique d'installer des machines spéciales à un seul usage et ne peut pas tirer pleinement parti des machines. Lorsqu'on veut entreprendre la fabrication peu coûteuse et rapide de mousses structurées avec un grand débit d'injection et de façon courante, on se heurte actuellement à de grandes difficultés, étant donné la perte de temps et surtout les dépenses excessives d'investissements, Un inconvénient notable des appareils existants est que dans l'injection de matière non alvéolaires, ils ne permettent pas de fabriquer des produits notablement plus grands que la capacité maximale de la machine. Dans la fabrication de produits injectés stratifiés à deux constituants comportant une couche superficielle compacte et un coeur alvéolaire, la fabrication est actuellement limitée à des machines spéciales comportant deux groupes d'inJection. Les appareils d'injection existants, outre le dispositif de fermeture spécial sous forme de dispositif additionnel, néces- sitent beaucoup de place, vu leur longueur et leur poids, d'autant plus que la buse doit atteindre la circonférence du moule. Les machines à mouler par injection à basse pression pour mousses structurées, qui permettent de fabriquer des produits volumineux, ne peuvent pas servir à l'inJection à haute pression de matières alvéolaires étant donné qu'elles ne permettent pas la fabrication de pièces à surface lisse. Les différentes constructions de machines décrites pré- sentent les caractéristiques suivantes qui limitent leur possibilité générale d'application s - dans les constructions destinées à de faibles forces de serrage, elles sont limitées à de basses pressions d'injection - dans l'injection de pièces à deux constituants, les groupes d'injection sont compliqués, tant en ce qui concerne l'aspect hydralslt que que les circuits de commande et l'encombrement ; - dans le cas de constructions comportant une chambre d'injection supplémentaire avec piston, celle-ci est installée à la place du cylindre d'injection primitif à vis qui est déplacé et disposé seulement comme un cylindre de vis de plastification sans mouve- ment axial de la vis ; ; - Si l'on conserve la construction primitive du groupe d'injection avec un cylindre de plastification à vis dans l'axe du ioule, ce cylindre de plastification ne comporte pas de vis ê mouvement axial et le cylindre d'injection avec piston, qui est coprppandé par un vérin hydraulique, comporte un entrainement social et une coi- mande spéciale, la liaison entre le cylindre de plastification A vis et le moule d'injection se faisant par l'intermédiaire d'un organe distributeur spécial. Les inconvénients mentionnés sont éliminés, selon l'inven- tion, dans un appareil pour la fabrication de pièces volumineuses en matière plastique et en mélanges de caoutchouc, comprenant un groupe d'inJection et un groupe de fermeture muni d1 une cavité destinée au ioule et caractérisé par le fait que le cylindre de remplissage du groupe d'inJection et le moule sont reliés, grace à une chambre de transfert, à un piston dont l'axe est différent de l'axe du cylindre de remplissage, et que le vérin du groupe d'injection est relié an vérin de la chambre de transfert par un circuit hydraulique coun. La chambre de transfert est prévue à l'intérieur d'un pont qui est fixé à un plateau de fixation fixe et peut aussi se fixer au bàti et peut Outre relié au ioule par l'intermédiaire de la buse et d'un élément de liaison, au moyen d'une ouverture prévue dans le plateau de fixation fixe.Un iode d'exécution est caractérisé par le fait que le vérin de la chambre de transfert est relié par un tuyau du circuit hydraulique au vé- rin du groupe d'inJection et que dans le cylindre de remplissage, une chambre destinée à la matière fondue est formée par la course de la vis.L'axe du cylindre de remplissage passe en outre par la paroi frontale de la chambre de transfert dans Iq::allo sont pré- vus au soins un canal de liaison et au moine un canal de transfert qui sont raccordés au cylindre de remplissage, la paroi frontale de la chambre de transfert étant disposée hors de l'axe du plateau de fixation fixe et d'un plateau de fixation mobile. Â la suite de l'orifice de sortie du canal de liaison est raccordé un élément de liaison commandé par une valve d'isolement et d' étran- glement.Dans la paroi frontale de la chambre de transfert est prévue, avant l'orifice de sortie de la buse, au moins une amenée destinée à des constituants modificateurs de la matière fondue. La paroi frontale de la chambre de transfert est munie, pour ré- gulariser le courant et doser la matière fondue, d'une valve d'entrée de moule et d'au moins une valve de sortie dans le corps présente un évidement. De façon que la buse de sortie soit pous Bée par le cylindre de remplissage contre le moule de maniére à compenser les écarts de leurs axes, dûs par exemple ê la dilatation thermique ou aux tensions, la chambre de transfert est munie d'un montage élastique qui est indépendant du montage élastique de l'élément de liaison et du tube de sortie.Selon un autre mode d'exécution, pour la fermeture du moule, on utilise trois colonnes disposées à trois angles des plateaux de fixation carrés0 Dans tous les cas mentionnés, le dispositif d'injection compris dans le groupe d'injection peut comporter un dispositif d'alimentation à deux chambres permettant d'amener successivement à la vis, de façon dosée, deux sortes de matière plastique. Appareil selon l'invention permet de mouler par inJection de façon économique des pièces volumineuses de haute qualité en matière plastique, avec les modifications les plus diverses de la technique dtinjection, En tirant pleinement parti des paramètres de l'appareil, c'est-à-dire surtout des dimensions des plateaux de fixation, de l'ouverture maximale de l'appareil, de la force de fermeture, de la capacité de fusion et de la puissance de l'appareil, on peut fabriquer des produits ayant des dimensions, un volume et un poids plusieurs fois supérieurs. Les avantages mentionnés sont obtenus non seulement dans la technique d'injection de polymères fondus sans porogènes mais encore dans différentes variantes de technique et de matière.Il s'agit surtout de variantes de matière que l'on réalise en ajoutant des porogènes au granulé, dans la goulotte d'alimentation de l'appareil ou éventuellement, en utilisant un granulé contenant déjà des porogènos ou en introduisant continuellement des gaz, par exemple de l'azote, dans la matière fondue, dans la région de la paroi frontale de la chambre de transfert et de l'élément de liaison. Du fait que l'appareil selon l'invention constitue une machine universelle d#injection, on peut apporter une série de modifications à la technique fondamentale de l'injection de matières plastiques alvéolaires et à une technique d'injection sans porogène, en tirant pleinement parti des paramètres principaux de l'appareil. Dans une technique d'injection avec porogènes, outre les avantages mentionnés, on arrive encore à multiplier le volume, les dimensions et le poids.Une combinaison concrète appropriée des chambres de travail des deux dispositifs d'injection permet de rendre le mouvement des pistons dépendant l'un de l'autre ou indépendant, ce qui permet d obtenir des modifications qualitatives et quantitatives notables de la technique d'inJection, y compris de fabriquer des structures stratifiées. Il s'agit surtout de possibilités de progrannation de la vitesse d'avance des pis- tons de la chambre de transfert et du cylindre d'injection, et aussi d'une injection de matière fondue de deux espèces, avec réglage du dosage de matière fondue amenée à la cavité du moule, par exemple une première dose ##une matière sans porogène et une dose suivante d'une matière avec porogène.En outre, il devient possible de programmer la température de la matière fondue, surtout de remplir le moule d'une matière fondue au mùyen d'une valve de sortie prévue dans la chambre de transfert, En même temps, il devient possible de combiner une injection à basse pression#et à haute pression. La construction des canaux de la chambre de transfert et la construction d'un dispositif d'alimentation à deux chambres permettent aussi une injection en deux couleurs. Le poids relativement réduit, les exigences réduites et la grande possibilité d'adaptation du dlsposKti! additionnel selon l'intention pour presses d'injection usuelles permettent de remplacer à peu de frais des machines conteuses à un seul usage. Etant donné que le cycle des presses existantes est allon par la plus longue durée de refroidisserent, il devient possible de mieux en tirer parti et en même tempe d'augmenter leur longévité. En outre, chez le constructeur, l'économie de l'appareil réside dans le fait qu'il est formé d'une machine à mouler par injection usuelle complétée par une chambre de transfert supplémen- taire et un vérin et ne nécessitant pas de nouveaux organes hydrauliques de commande0 Par suite, les travaux d'étude et de construc- tion sont aussi notablement stopllfiEs. Du point de vue des conditions nécessaires pour changer la matière fondue et pour l'écoulement de la vis au moule, des conditions optimales sont réalisées grâce au fait que la longueur des canaux et les variations de section des canaux sont ainliales, que le rinçage est parfait et qu'il ne se produit aucun surchau- fage local de la matière fondue. Des exemples d'exécution d'appareils selon l'invention sont représentés schématiqueient par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 montre la disposition d'ensemble, la chambre de transfert étant ici disposée entre un plateau de fixation fixe et le ioule, qu'elle relie à un cylindre de remplissage d'une presse d'injection usuelle ; la figure 2 montre un exemple d'exécution de l'intention dans lequel la chambre de transfert relie le cylindre de remplis- sage au moule, avec une disposition où la chambre de transfert est prévue devant le plateau de fixation fixe et nie d'un élé- ment de liaison comportant une buse ;; la figure 3 est une coupe de la chambre de transfert avec des détails, dans un mode d'exécution destiné au passage de la M- tiers fondue à travers la paroi frontale et la cavité de la chaux bre de transfert, Le dispositif d'injection (toir figure 1) comprend un groupe d'injection à haute pression, un groupe de fermeture avec moule incorporé 6, un pont 4 et une chambre de transfert 7 avec un vérin 12. Le groupe d'injection à haute pression, raccordé au groupe de fermeture du dispositif d'inJection, comprend un cylindre de rexplissasse 1 dans lequel est montée une vis de plastification ou d'injection 23. La partie de sortie 2 du cylindre de remplissage t s'appuie contre une buse d'entrée 8 de la chambre de transfert 7. La partie de fermeture du dispositif d'injection, cosper- tant un plateau de fixation mobile 5 et un plateau de fixation fixe 3, est disposée sur le bati 30 du dispositif d'injection. Entre le plateau de fixation mobile 5 et le plateau de fixation fixe 3 est installé le moule 6 qui s'appuie par sa surface de fixation 16 contre le pont 4. Le plateau de fixation mobile 5 est guidé le long de colonnes 32 qui assurent la fermeture du moule 6. Âvantageusement, ces colonnes 32 sont prévues en trois angles de plateaux de fixation carrés (voir figure 2). Le dispositif de transfert comporte un vérin 12 auquel est fixée, par un dispositif de liaison 11, une chambre de transfert 7 dont l'axe est pratiquement parallèle au plateau de fixation fixe 3. Dans la cavité de la chambre de transfert 7 est pr6- vu un piston 10 qui forme, avec les parois interieures de la chambre de transfert 7, une cavité 13 destinée à la matière fondue. Dans la paroi frontale 15 de la chambre de transfert 7 est iémag & un canal de liaison continu 17 auquel se raccorde un canal de transfert 18 qui débouche dans la cavité 13 destinée à la ma- tière fondue. Le canal de liaison 17 relie l'extrémité du cylindre de remplissage 1 au moule 6, en passant par la buse de sortie 9 de la chambre de transfert 7.Dans la buse de sortie 9 est Prévue une valve d'isolement et d'étranglesent 14 mais celle-ci peut aussi, avantageusement, être disposée dans la paroi frontale t5 de la chambre de transfert 7, dans le canal de liaison 17 entre le canal de transfert 18 et la buse de sortie 9. L'axe du cylindre de remplissage 1 passe à travers la paroi frontale 15 de la chambre de transfert 7 dans laquelle débouchent le canal de liaison 17 et le canal de transfert 18. A l'orifice de sortie du canal de liaison 17 vers le moule 6 se raccorde un élément de liaison 26. Le granulé de matière plastique est amené à la vis 23 par le dispositif d'alimentation 33. Les deux vérins 12 et 31 sont commandés par un dispositif de commande hydraulique 34, gràc. à des tuyaux 36. La disposition du dispositif d'injection selon les figures 2 et 3 montrent une variante dans laquelle la chambre de transfert 7 est prévue avant le plateau de fixation fixe 3. Cette disposition, à la différence de celle de la figure 1, ne nécessite pas de pont 4 sous le moule 6. La liaison entre la chambre de transfert 7 et le moule 6 nécessite une buse de sortie 9 plus longue, en particulier si le dispositif d'injection'est raccordé, en vue de la commutation, à un dispositif pour matière non alvéolaire dont le plateau de fixation fixe est incomparablement plus épais. L'extrémité 2 du cylindre de remplissage 1 est relié au moule 6 de telle sorte-que la matière fondue est amenée de la buse d'entrée 8 de la chambre de transfert 7, par la valve d'entrée 19 de la buse de sortie 9, à la cavité 13 destinée à la matière fondue dans la chambre de transfert 7. De là, la matière fondue est refoulée au moyen du piston 10 avantageusement muni, à sa circonférence, d'un évidement qui permet un écoulement de la matière fondue y compris dans le cas où le piston 10 6'applique contre la paroi frontale 15 de la chambre de transfert 7.La matière fondue afflue ensuite, par la valve de sortie 20, à la buse de sortie 9. La valve d'entrée 19 et la valve de sortie 20 sont commandées indépendamment par des éléments de commande 21. Selon un détail d'exécution de la chambre de transfert 7, servant d'vexemple, les deux valves - la valve d'entrée 19 et la valve de sortie 20 - sont sous forme de tiroirs tournants munis d' évidements 25 qui permettent un écoulement complet du liquide dont le courant est pratiquement dévié de 9CP. La chambre de transfert est munie extérieurement d'un chauffage 22 qui comporte un réglage indépendant du réglage du cylindre de remplissage 15. Dans la paroi frontale 15 de la chambre de transfert 7 est installée, devant la buse de sortie 9, une amenée 24 servant au dosage d'autres constituants modificateurs de la matière fondue, par exemple d'un gaz. De façon que la buse de sortie 9 soit poussée par le cylindre de remplissage- 1 contre le moule 6, la chambre de transfert 7 est munie d'un montage élastique 29. La disposition selon Irinvention permet d'effectuer une série de transformations technique sur des matières thermoplastiques, qu'il s'agisse de polymères purs et simples, de copolymères ou de leurs modifications, grâce à l'appareil dont on décrira à titre d'exemple un mode de fonctionnement. Dans le cylindre de remplissage 1, on introduit de façon dosée un granulé de polymère contenant 0,5% de porogène et 10% de fibres de verre. Le mélange est homogénéisé par la vis 23 située dans la partie antérieure du cylindre de remplissage. Dans le circuit hydraulique, il règne une surpression de 60 atmosphères. La matière fondue passe par le canal d'entrée 27 et la valve d'entrée 19 de la buse de sortie 9 et arrive dans la cavité à matière fondue 13 de la chambre de transfert 7, qui est à une température constante dépendant de la nature du polymère travaillé. Dans la chambre de transfert, le piston 10 se rétracte vers 1 1arrière. Quand la dose voulue de matière fondue' est obtenue, on met la vis hors d'action. Pour effectuer l'injection proprement dite dans le moule, on commence par porter la surpression dans le circuit hydraulique à 150 atmosphères par exemple, puis on ouvre la valve de sortie 20, ce qui fait que la matière fondue peut arriver librement à la cavité du moule 6 dans lequel elle est injectée à grande vitesse au moyen du piston 10, par le canal de sortie 28. Une fois que la chambre de transfert 7 s'est vidée, la valve de sortie 20 se ferme instantanément, pus le cycle de pîastification au moyen de la vis s'effectue. Si l'on dose deux matières différentes, on commence par plastifier la matière venant du dispositif d'alimentation à deux chambre s et contenant le porogène, une fois que la dose voulue de matière est obtenue dans la chambre de transfert, on commute au dosage de l'autre matière qui est seulement refoulée et petite quantité dans la chambre de transfert et qui remplit principalement la chambre devant la vis ; lors de l'inJection, le processus est le même avec cette différence que la matière fondue est tout d'abord refoulée hors de la chambre devant la vis, avec un nouveau courant de matière fondue venant de la chambre de transfert. REYENDICkTIOSS 1 - Appareil pour la fabrication de pièces volumineuses en matière plastique et en mélanges de caoutchouc, comprenant un groupe d'inJection et un groupe de fermeture muni d'une cavité destinée au moule et caractérisé par le fait que le cylindre de remplissage du groupe d'injection et le ioule sont reliés, grace à une chambre de transfert, à un piston dont l'axe est différent de l'axe du cylindre de remplissage, et que le vérin du groupe d'injection est relié au vérin de la chambre de transfert par un circuit hydraulique commun. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre de transfert est disposée à l'intérieur d'un pont fixé à un plateau de fixation fixe. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre de transfert, qui est fixée au b ti, est reliée au moule, grâce à un élément de liaison, par une ouverture du plateau de fixation fixe. 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le vérin de la chambre de transfert est relié par un tuyau du circuit hydraulique au vérin du groupe d'injection et que dans le cylindre de remplissage, une chambre destinée à la matière fondue est formée par la course de la vis. 5 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'axe du cylindre de remplissage passe par la paroi frontale de la chambre de transfert, dans laquelle sont prévus au moins un canal de liaison et au moins un canal de transfert. 6 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'au cylindre de remplissage sont raccordés au moins un canal de liaison et au moins un canal de transfert et que la paroi frontale de la chambre de transfert est située hors de l'axe des plateaux de fixation fixe et mobile. 7 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'à la suite de l'orifice de sortie du canal de liaison est raccordé un élément de liaison muni d'une buse de sortie commandée par une valve d'isolement et ##étranglement. 8 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que dans la paroi frontale de la chambre de transfert est prévue, avant l'orifice de sortie de la buse, au moins une amenée destinée à des constituants modificateurs de la matière fondue. 9 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la paroi frontale de la chambre de transfert est munie, pour régulariser le courant et doser la matière fondue, d'une valve d'entrée de moule et d'au moins une valve de sortie dans le corps, présente un évidemment, 10 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que de façon que la buse de sortie soit poussée par le cylindre de remplissage contre le ioule et de manière à compenser les écarts de leurs axes, dfls par exemple à la dilatation thermique ou aux tensions, la chambre de transfert est munie d'un montage élastique qui est indépendant du montage élastique de l'élément de liaison et du tube de sortie. Il - Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la fermeture du ioule est assurée par trois colonnes disposées à trois angles des plateaux de fixation carrés. 12 - Appareil selon Il une des revendications t à 11, caractérisé par le fait que le groupe d'injection comporte un dispositif d'alimentation à deux chambres permettant d'amener successivement à la vis, de façon dosée, deux sortes de matière plastique.