Brevet FR2415530A1 — publié le 19790824

La présente invention se rapporte d'une part aux procédés de moulage par injection de compositions visqueuses ultérieurement solidifiables pour constituer des blocs, notamment des blocs de compositions pyrotechniques, et d'autre part aux appareillages permettant la mise en oeuvre de tels procédés. De nombreux procédés de moulage existent actuellement pour fabriquer des pièces à base de matériaux plastiques thermodurcissables par un traitement thermique approprié, et la technique de moulage sous vide ainsi que la technique de moulage par injection sous pression sont par exemple utilisées pour la fabrication des compositions pyrotechniques telles que, les propergols composites constitués essentiellement par un liant plastique et un oxydant minéral, et les explosifs composites constitués par un liant plastique et par un explosif. La technique de moulage sous vide est particulièrement adaptée à la réalisation de gros blocs de propergol mais elle ne permet que difficilement le moulage des chargements de grande longueur présentant un diamètre inférieur à 80 millimètres, méme en utilisant une pâte de faible viscosité, de plus, pour des diamètres aussi faibles, cette technique nécessite une manutention et une préparation qui sont trop importantes et qui augmentent considérablement le prix de revient de fabrication de tels blocs. Afin d'éviter l'emploi du vide, une technique de moulage par injection a été mise au point aux Etats-Unis pour fabriquer des blocs de faible diamètre, cette technique consistant à stocker la composition visqueuse dans un vaste réservoir muni à sa partie inférieure d'un clapet anti-retour qui permet l'alimentation d'une pompe doseuse à piston, cette pompe étant raccordée par un réseau de tubulure à plusieurs moules munis chacun d'une vanne d'obturation, une seule vanne étant en position ouverte lorsque la pompe doseuse expulse la composition dans le réseau de tubulure. Un tel procédé permet d'éviter de faire le vide, mais il nécessite de nombreuses interventions successives sur les vannes d'obturation et pose des problèmes de nettoyage des tubulures d'acheminement de la composition non polymérisée. La présente invention a pour but de conserver l'avantage qui consiste à éviter de faire le vide dans les moules, tout en remédiant aux inconvénients décrits ci-dessus, le procédé et l'appareillage revendiqués permettant, d'une part de limiter le nombre des interventions devant être effectuées au cours du remplissage des moules, et d'autre part de faciliter le nettoyage de l'appareillage qui présente une structure compacte réduisant au minimum la longueur des tubulures.D'autres avantages découleront de la description qui suit, notamment l'avantage d'une part d'améliorer sensiblement le rendement massique qui est le rapport entre la masse des blocs moulés et la masse totale de la composition visqueuse utilisé et d'autre part de pouvoir supprimer les vannes d'obturation lorsque les moules comportent un noyau permettant l'obtention d'une perforation telle que le canal central d'un bloc de propergol à combustion radiale. Le procédé de moulage par injection, de compositions visqueuses ultérieurement solidifiables pour constituer des blocs, notamment des blocs de compositions pyrotechniques, comprend tout d'abord la mise en place de la composition visqueuse dans un réservoir de transfert, puis le remplissage sous pression de moules à partir de ce réservoir de transfert, et enfin la cuisson des moules pour assurer la constitution des blocs de composition, et, selon la présente invention, le procédé se caractérise en ce que la mise en place de la composition est effectuée dans une cuve fermée à volume variable dont le volume utile initial est égal ou supérieur à deux fois le volume d'un bloc de composition, les moules munis d'évents étant chacun en communication par au moins un orifice d'injection avec l'intérieur de la cuve, et le remplissage simultané des moules dont le volume interne total correspond sensiblement au volume utile de la cuve à volume variable, étant effectué par la réduction du volume initial de cette cuve, la cuisson des moules étant effectuée ultérieurement après obturation desdits orifices d'injection. Selon l'invention le remplissage simultané des moules est effectué par l'injection de la composition visqueuse à partir de la partie supérieure de la cuve à volume variable sur laquelle sont fixés les moules. Selon une première variante du procédé, le remplissage simultané des moules résulte de la translation d'une paroi mobile de la cuve dont la forme générale est cylindrique, la paroi mobile correspondant à un piston de refoulement, et préférentiellement la translation s'effectue verticalement, soit par enfoncement de la partie supérieure de la cuve dans le réservoir de cette cuve, la partie supérieure formant un piston, soit par élévation du réservoir de la cuve. Selon une seconde variante du procédé, le remplissage simultané des moules résulte du déplacement d'une membrane étanche interne à la cuve, cette membrane partageant sensiblement le volume interne de la cuve en deux enceintes étanches de volumes identiques, l'enceinte supérieure contenant la composition visqueuse de moulage, et l'enceinte inférieure contenant un fluide de transfert dont l'injection progressive dans cette enceinte est commandée par une pompe doseuse qui peut être mise hors circuit pour permettre la vidange de cette enceinte inférieure. Préférentiellement le fluide de transfert est un liquide, de manière d'une part à régulariser le débit d'injection de la composition, et d'autre part à mieux contr8ler la fin de l'injection. Lorsque le procédé selon l'invention est utilisé à la fabrication de blocs présentant une perforation, par exemple des blocs de propergol comportant un canal central qui débouche aux deux extrémités du bloc, l'obturation des orifices d'injection peut être avantageusement obtenue par la translation des noyaux placés à l'intérieur des moules, et préférentiellement la translation des noyaux s'effectue selon une direction parallèle à la translation de la paroi mobile assurant le remplissage simultané des moules, ce qui permet d'effectuer ces translations successives au moyen d'une presse à double effet, et plus particulièrement d'une presse hydraulique à double effet.Selon une variante de mise en oeuvre du procédé, le réservoir contenant la composition visqueuse peut etre élevé progressivement au moyen d'un vérin hydraulique inférieur tandis que les moules et la partie supérieure de la cuve sont maintenus en position fixe, un second vérin hydraulique placé en position supérieure assurant le déplacement des noyaux placés au centre des moules pour permettre l'obturation des orifices d'injection après le remplissage de ces moules. La cuisson des moules permet la prise en masse de la composition, par exemple par polymérisation et/ou par vulcanisation, et selon une première mise en oeuvre particulière du procédé la cuisson s'effectue lorsque les moules sont en position de fin de remplissage, une cloche de chauffage étant rapportée par exemple sur l'ensemble de l'appareillage. Selon une seconde mise en oeuvre particulièrela cuisson des moules ne s'effectue qu'après leur séparation du réservoir de transfert, l'ensemble constitué par la partie supérieure de la cuve et par les moules étant par exemple transporté dans une étuve. La présente invention se rapporte également à l'appareillage de moulage par injection fonctionnant selon le procédé défini précédemment. L'appareillage de moulage par injection, de compositions visqueuses ultérieurement solidifiables pour constituer des blocs, notamment des blocs de compositions pyrotechniques, comprend, d'une part un réservoir de transfert contenant la composition visqueuse devant être moulée ainsi qu'un ensemble de moules pouvant être mise en communication avec le réservoir de transfert, et d'autre part un dispositif de mise sous pression de la composition visqueuse, et se caractérise en ce que le réservoir de transfert est une cuve fermée à volume variable présentant un volume utile initial égal ou supérieur à deux fois le volume d'un bloc de composition, chaque moule étant muni d'évents et comnuniquant avec l'intérieur de la cuve au moyen d'au moins un orifice d'injection obturable, tous ces orifices étant libres lors du fonctionnement du dispositif de misesous pression. Selon l'invention, les moules sont rapportés sur la partie supérieure de la cuve fermée à volume variable. Selon une première variante de réalisation la partie supérieure de la cuve est un piston pouvant se déplacer dans le réservoir dont la paroi latérale est cylindrique, tandis que selon une seconde variante de réalisation la partie supérieure de la cuve est solidaire du réservoir durant le fonctionnement de l'appareillage, la cuve comportant une enceinte supérieure et une enceinte inférieure séparées par une membrane étanche déformable, l'enceinte supérieure étant destinée à recevoir la composition, tandis que l'enceinte inférieure est reliée à une alimentation en fluide sous pression qui est préférentiellement un liquide. Lorsque l'appareillage est utilisé à la fabrication de blocs présentant une perforation, par exemple des blocs de propergol comportant un canal central qui débouche aux deux extrémités du bloc, les moules comportent un noyau central et il est alors avantageux que ces noyaux soient mobiles en translation afin de permettre l'obturation des orifices d'injection placés aux extrémités inférieures des moules. L'appareillage de moulage selon la présente invention est particulièrement adapté au remplissage simultané d'une grande quantité de moules pouvant aller jusqu'à une centaine de moules, et il est alors avantageux que ces moules soient disposés en couronnes concentriques autour de l'axe du réservoir et soient disposés parallèlement à cet axe.L'appareillage comprend préférentiellement au moins trois moules, et les résultats obtenus sont particulièrement intéressants, notamment au niveau des cadences de production, lorsque l'appareillage comprend six moules ou dix huit moules disposés en empilage de moulage permet de réaliser en série des blocs de grand élancement qui n'étaient pas réalisables ou difficilement réalisables par les techniques de moulage antérieures, ces blocs pouvant avoir un poids de quelques dizaines de grammes, à un poids d'une vingtaine de kilogrammes et pouvant atteindre un élancement de l'ordre de 20.L'appareillage selon la présente invention est donc particulièrement adapté à recevoir des moules qui présentent un élancement supérieur à 6 et qui sont constitués d'une virole périphérique fixée de manière démontable d'une part à une embase munie d'un orifice d'injection, et d'autre part à un couvercle. Les moules étant préférentiellement disposés en couronnes autour de l'axe du réservoir, le piston qui forme la partie supérieure de la cuve est avantageusement muni d'une tige centrale de commande permettant une fixation sur un vérin ou sur le nez d'une presse, les extrémités libres des moules de grand élancement étant d'autre part reliées par une plaque de positionnement qui peut prendre appui sur la tige centrale de commande. La présente invention est explicitée par la description particulière qui suit, en se référant au dessin pour lequel - la figure 1 est une vue d'ensemble en coupe partielle d'un premier exemple d'appareillage permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention - la figure 2 est une demi-vue de détail en coupe d'un second exemple d'appareillage permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les exemples d'appareillage représentés sur ces figures sont réalisables en plusieurs dimensions, en n'apportant que des modifications mineures dans les proportions relatives des différentes pièces constituant ces appareillages, et ils permettent la fabrication de blocs pouvant atteindre un diamètre d'environ deux cents millimètres. L'appareillage représenté à la figure 1 est destiné à la fabrication de blocs cylindriques d'explosifs composites comportant 75 % d'hexogène et 25 7. de liant polybutadiène carboxylique contenant les catalyseurs de réticulation et un plastifiant. Le diamètre extérieur des blocs est de 3 centimètres et leur longueur est de 30 centimètres. En se référant à la figure 1, l'appareillage est constitué par un réservoir cylindrique (1) qui est en appui et qui est centré sur la console (2) d'une petite presse à simple effet dont le plateau supérieur (3) est utilisé à la fixation de l'ensemble mobile de l'appareillage qui comprend essentiellement la partie supérieure (4) de la cuve formant un piston, et les six moules (5) fixés sur ce piston. La fabrication des blocs d'explosif au moyen de cet appareillage se déroule selon le procédé qui suit. Les constituants de départ sont préalablement malaxés selon des procédés et au moyen de dispositifs connus en eux-mêmes, et la composition visqueuse destinée à etre injectée dans les moules présente une viscosité de 20 000 poises à la température ambiante de +200 centigrades. Le malaxage des constituants est directement réalisé dans le réservoir (1) utilisé ultérieurement dans le cadre du procédé selon l'invention, ce qui permet d'éviter le transfert de la composition visqueuse. Le volume de la composition visqueuse (6) placée dans le réservoir est légèrement supérieur au volume des six blocs d'explosif, afin de tenir compte de la faible quantité de composition se trouvant dans les orifices d'injection (7) et dans les évents des moules lorsque l'opération d'injection est terminée, et la contenance du réservoir (1) est supérieure au volume utile de la cuve qui correspond au volume de la composition visqueuse, de manière à permettre la fermeture de ce réservoir par le piston (4) pour constituer une cuve fermée à volume variable.Après le montage sur la presse et le positionnement relatif de ce réservoir (1) et de l'ensemble mobile de l'appareillage, la presse hydraulique est mise en fonctionnement et le plateau supérieur (3) descend rapidement jusqu'à ce que le piston (4) soit engagé dans le réservoir (I) et que le joint (8) du piston assure une étanchétté périphérique. La descente du plateau supérieur de la presse s'effectue alors à faible vitesse, et dès que la surface inférieure du piston (4) entre en contact avec la surface libre de la composition visqueuse (6) l'injection de cette composition commence simultanément dans les six moules (5) dont les orifices d'injection sont libres, la composition visqueuse étant injectée à partir de la partie supérieure de la cuve fermée à volume variable du fait de la translation verticale de l'ensemble mobile qui assure la mise en pression de la composition. La vitesse de descente de l'ensemble mobile au cours de la phase d'injection est réglée pour obtenir une pression d'injection voisine de 2 bars et cette descente se poursuit jusqu'à ce que la surface inférieure du piston (4) soit en contact avec le fond du réservoir (1) qui est revetu d'une plaque de caoutchouc souple (9) munie de perforations en correspondance avec les orifices d'injection (7). Dès que cette position de fin d'injection est atteinte les orifices d'injection se trouvent obturés par le fond du réservoir et par la plaque de caoutchouc, et le piston est alors bloqué en position basse au moyen de la plaque de raidissement (10) solidaire du piston, les boulons de fixation (11) articulés à l'extérieur du réservoir étant rabattus dans les échancrures (12) de cette plaque et étant vissés pour assurer le blocage du piston. L'appareillage est alors désolidarisé du plateau supérieur de la presse et tout l'appareillage, dont les moules sont en position de fin de remplissage, est alors placé sous une cloche de chauffage permettant d'entretenir la faible élévation de température nécessaire à la polymérisation du liant de la composition explosive. Après la constitution des blocs résultant de la solidification de la composition visqueuse, une entrée d'air est ménagée dans le fond du réservoir, et le piston est extrait du réservoir pour permettre le démoulage des blocs cylindriques d'explosif. Le second exemple d'appareillage qui est représenté à la figure 2 est destiné à la fabrication de blocs de propergol composite dont la composition pondérale est la suivante - 15 % de liant polyuréthanne réalisé à partir de polypropylène glycol et de toluylène diisocyanate et contenant les catalyseurs de réticulation ainsi qu'un plastifiant, - 70 % de perchlorate d'ammonium, - 15 % d'aluminium. Les blocs réalisés ont une forme extérieure cylindrique à section circulaire d'un diamètre de 60 mm et ils sont pourvus d'un canal axial dont la section forme une étoile à six branches, ces blocs ayant une longueur de 900 mm et pesant 3,5 kilogrammes. Le moulage du bloc est directement effectué dans la gaine tubulaire (13) qui est mise en place dans la virole (14) du moule, et qui constitue l'inhibiteur périphérique du bloc de propergol. Cette gaine est maintenue en position dans la virole au moyen, d'une part de l'embase (15) du moule qui comporte l'orifice d'injection (16) et qui est engagée dans la tette du piston (17), et d'autre part du couvercle (18) qui comporte l'évent (19) et qui est engagé dans la plaque de positionnement (20).Le canal axial étoilé du bloc est obtenu par un noyau (21) de forme correspondante, usiné dans une barre cylindrique guidée à ses deux extrémités par l'embase du moule et par le couvercle de ce moule, les joints toriques (22) externe à la portée de centrage de l'embase et (23) interne au couvercle, assurant l'étanchétté du moule qui est complétée par la gaine inhibitrice enserrée à chacune de ses extrémités dans le moule. Les fixations de l'embase et du couvercle sur la virole du moule sont obtenues au moyen des bagues filetées épaulées (24) et (25) et le noyau (21) peut coulisser dans cette embase et dans ce couvercle tout en étant immobilisé en rotation par la plaquette de guidage (26) dont les bords de l'entaille sont en contact avec les deux méplats (27) ménagés à l'extrémité supérieure du noyau.Cette extrémité comporte un taraudage axial dans lequel est engagé le bouton de commande (28) qui est immobilisé en translation par la plaque d'appui (29) solidaire de la tige centrale (30) de l'ensemble mobile, cette tige centrale reliant le piston (17) au nez (31) de la presse, dans lequel elle est immobilisée au moyen de la tige de maintien (32) et de l'écrou à broche (33). L'étanchétté périphérique entre le piston (17) et le réservoir (34) est assurée au moyen du joint spécial (35), et le fond du réservoir comporte un dispositif de sécurité constitué par un bouchon cylindrique d'obturation (36) en appui sur un opercule (37) dont la résistance est calculée pour se rompre sous une pression de 15 bars.Le réservoir est fixé et centré sur un bati d'appui (38) mécanosoudé qui comporte une ouverture centrale (39) permettant l'éjection du bouchon d'obturation dans le cas d'une surpression anormale se manifestant au cours du fonctionnement de l'appareillage qui comporte six moules identiques répartis circulairement autour de la tige centrale (30). Le procédé de moulage par injection des blocs de propergol inhibés est semblable au procédé de moulage des blocs d'explosif qui a été décrit précédemment, mais la viscosité de la pâte de propergol étant voisine de 50 000 poises, la pression d'injection est portée à 7 bars. Le remplissage simultané des six moules s'effectue très régulièrement et les essais ont montré qu'au cours du remplissage des moules à un instant donné, les différents niveaux atteints par la composition visqueuse dans les différents moules sont pratiquement identiques, même lorsque les moules sont disposés selon plusieurs couronnes concentriques et qu'un moule est placé au centre, la très faible dispersion de ce niveau étant compensée de plus à la fin de la phase d 'injec- tion par les pertes de charge très importantes qui se produisent dès que la composition visqueuse s'engage dans les évents (19) de faible diamètre et de grande longueur. Lorsque le piston a atteint son point bas qui correspond au remplissage de tous les moules, la rotation des boutons de commande (28) permet de descendre les noyaux (21) jusqu'à amener l'âme de ces noyaux au contact du bord supérieur des orifices d'injection (16) qui se trouvent ainsi obturés. La figure 2 correspond à l'utilisation d'une presse à simple effet, ce qui nécessite une commande spéciale pour permettre la descente des noyaux après la phase d'injection.Selon cette figure la commande est manuelle et distincte pour chaque moule, mais selon une variante de réalisation non représentée un vérin hydraulique auxiliaire permet la descente simultanée de tous les noyaux mis en place dans les moules, ce vérin auxiliaire pouvant etre supprimé dans le cas où une presse à double effet est utilisée. Après l'obturation des orifices d'injection, l'ensemble mobile de l'appareillage est remonté par la presse, et les rainures (40) permettent une entrée d'air progressive avant ee joint (35) du piston soit totalement dégagé du réservoir (34). La surface inférieure du piston et les orifices d'injection (16) sont alors nettoyés et Ensemble mobile est désolidarisé du nez (31) de la presse pour être placé dans une étuve. La cuisson en étuve se déroule durant une vingtaine d'heures à une température de quatre vingts degrés centigrades et permet d'obtenir six chargements de propergol composite revetus de leur inhibiteur périphérique. - REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage par injection, de compositions visqueuses ultérieure ment solidifiables pour constituer des blocs, notamment des blocs de compositions pyrotechniques, comprenant la mise en place de la composition visqueuse dans un réservoir de transfert, le remplissage sous pression de moules à partir de ce réservoir de transfert, la cuisson des moules pour assurer la #constitution des blocs de composition caractérisé en ce que la mise en place de la composition est effectuée dans une cuve fermée à volume variable dont le volume utile initial est égal ou supérieur à deux fois le volume d'un bloc de composition, les moules munis d'évents étant chacun en communication par au moins un ori fice d'injection avec l'intérieur de la cuve, et le remplissage simultané des moules, dont le volume interne total correspond sensiblement au volume utile de la cuve à volume variable, étant effectué par la réduction du volume initial de cette cuve, la cuisson des moules étant effectuée ulté rieurement après obturation desdits orifices d'injection. 2. Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage simultané des moules est effectué par l'injection de la com position à partir de la partie supérieure de la cuve fermée à volume variable. 3. Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le remplissage simultané des moules résulte de la translation d'une paroi mobile de la cuve. 4. Procédé de moulage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la translation s'effectue verticalement. 5. Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le remplissage simultané des moules résulte du déplacement d'une membrane étanche interne à la cuve. 6. Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obtu ration des orifices d'injection est obtenue par la translation de noyaux placés à l'intérieur des moules. 7. Procédé de moulage selon l'une des revendications 3 ou 6, caractérisé en ce que la translation des noyaux s'effectue selon une direction parallèle à la translation de la paroi mobile assurant le remplissage simultané des moules. 8. Procédé de moulage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux translations parallèles sont effectuées au moyen d'une presse à double effet. 9. Procédé de moulage selon l'une des revendications précédentes, caractéri sé en ce que la cuisson des moules s'effectue lorsqu'ils sont en position de fin de remplissage. 10. Procédé de moulage selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ce que la cuisson des moules steffectue après leurs séparations du réservoir de transfert. 11. Appareillage de moulage par injection, de compositions visqueuses ulté rieurement solidifiables pour constituer des blocs, notamment des blocs de compositions pyrotechniques, comprenant : un réservoir de transfert contenant la composition visqueuse devant etre moulée, un ensemble de moules pouvant etre mis en communication avec le réservoir de transfert et un dispositif de mise sous pression de la composition visqueuse, caractérisé en ce que le réservoir de transfert est une cuve fermée à volume variable présentant un volume utile initial égal ou supérieur à deux fois le volume d'un bloc de composition, chaque moule étant muni d'évents et communiquant avec l'intérieur de la cuve au moyen d'au moins un orifice d'injection obturable, tous ces orifices étant libres lors du fonctionnement du dispositif de mise sous pression. 12. Appareillage de moulage selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moules sont rapportés sur la partie supérieure de la cuve fermée à volume variable. 13. Appareillage de moulage selon la revendication 12, caractérisé en ce que la partie supérieure de la cuve est un piston pouvant se déplacer dans le réservoir dont la paroi latérale est cylindrique. 14. Appareillage de moulage selon la revendication 12, caractérisé en ce que la partie supérieure de la cuve est solidaire en fonctionnement du réser voir, la cuve comportant une enceinte supérieure et une enceinte inférieure séparées par une membrane étanche déformable, l'enceinte supérieure étant destinée à recevoir la composition, tandis que l'enceinte inférieure est reliée à une alimentation en liquide sous pression. 15. Appareillage de moulage selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moules comportent un noyau central mobile en translation, permettant ltobturation des orifices d'injection placés aux extrémités inférieures des moules. 16. Appareillage de moulage selon l'une des revendications 12 ou 13, caracté risé en ce que les moules sont disposés en couronnes concentriques autour de l'axe du réservoir et sont disposés parallèlement à cet axe. 17. Appareillage de moulage selon l'une des revendications 11 ou 12, carac térisé en ce que les moules présentent un élancement supérieur à 6 et sont constitués d'une virole périphérique fixée de manière démontable d'une part à une embase munie d'un orifice d'injection, et d'autre part à un couvercle. 18. Appareillage de moulage selon la revendication 13, caractérisé en ce que le piston formant la partie supérieure de la cuve est muni d'une tige centrale de commande. 19. Appareillage de moulage selon l'une des revendications 16 à 18, carac térisé en ce que les extrémités libres des moules sont reliées par une plaque de positionnement.