Brevet FR2405809A1 — publié le 19790511

La présente invention concerne le formage de corps creux en matériau thermoplastique à partir d'un tronçon tubulaire que l'on gonfle à chaud dans un moule avec de l'air ou un autre gaz à température ambiante pour le conformer à sa forme définitive. La cadence de fabrication de tels corps creux en matière thennoplastique est limitée essentiellement par la vitesse relativement réduite du refroidissement de ces corps creux. Pour accrottre cette vitesse de refroidissement, on a proposé de rérigérer à la fois le moule par une circulation d'eau ou d'un autre liquide réfrigérant et l'intérieur du corps creux une fois formé au moyen d'un fluide qui peut être soit de l'air préalablement réfrigéré, soit de l'azote en cours de vaporisation, soit de l'azote froid, ou même des injections de gaz carbonique se substituant à l'air de gonflage. Dans le cas ou l'on utilise de l'azote liquide, on a proposé soit de l'utiliser seul sous forme de pulvérisation dans la phase qui suit le gonflage, soit de le pulvériser dans un conduit d'amenée d'air que l'on introduit dans le corps creux et que l'on fait circuler avant de l'extraire. Dans l'un ou l'autre cas, la vitesse de refroidissement est accrue, mais on a pu constater une certaine limitation dans l'accroissement de la vitesse de refroissement du fait d'un échange thermique relativement mauvais lorsqu'on a injecté de l'azote en pulvérisation, à cause du phénomène de calé- faction. Quand on utilise de l'air réfrigéré par de l'azote liquide se posent alors certains problèmes liés à la température très basse de cet azote liquide, comme des givrages dûs à l'humidité de l'air. En outre, dans ce dernier cas, l'échange thermique de l'air réfrigéré avec la paroi du corps creux s'effectue avec un faible rendement. La présente invention a pour objet un procédé de refroidissement qui améliore considérablement l'échange de chaleur entre le corps creux et le fluide de refroidissement conduisant ainsi à un accroissement notable de la vitesse de refroidissement du corps creux. Selon l'invention, dans un procédé de refroidissment mettant en oeuvre de l'air ou un autre gaz de gonflage et une pulvérisation de fluide cryogénique, on assure ladite pulvérisation de fluide cryogénique liquide directement dans ledit corps creux en même temps qu'on poursuit une circulation d'air. A titre de fluide cryogénique, on peut utiliser de l'azote liquide, du gaz carbonique liquide ou tout fluide frigorifique liquide approprié. On a constaté que cette combinaison d'une circulation d'air et d'une pulvérisation de fluide cryogénique liquide permettait d'obtenir un rendement maximal et ceci pour les raisons suivantes - L'air admis à température ambiante circulant dans le corps creux et s'échappant de celui-ci pendant toute la durée du refroidissement sort échauffé par rapport à la température ambiante et extrait donc une partie non négligeable de la chaleur du corps creux. - L'air circulant pendant l'injection de l'azote liquide ou autre fluide cryogénique liquide a pour effet d'augmenter la pulvérisation et l'atomisation de l'azote liquide à la sortie du mandrin de soufflage, ce qui a pour conséquence d'améliorer les échanges frigorifiques entre les goutXlettes d'azote liquide, le gaz en présence et les parois du corps creux, d'autre part, grâce au mouvement rapide de convection de l'air, on évite la formation et la stabilisation d'un film gazeux isolant contre la face interne de la paroi du corps4 creux. - Egalement si le corps creux est en présence de neige carbonique, le coefficient d'échange sera amélioré par la présence de l'air en circulation. De préférence, le jet pulvérisé de fluide cryogénique liquide est co-axial intérieurement au courant d'air introduit sous forme annulaire. Il eatiavantageux selon l'invention que, pendant le refroidissement le débit massique/soit au moins égal au tiers du débit massique du fluide cryogénique liquide. L'invention a également pour objet un dispositif de formage de corps creux par . gonflage à chaud d'un tronçon tubulaire en matière plastique du genre comportant un moule constitué de parties séparables avec au moins un débouché vers l'extérieur dans lequel su engage un conduit d'amenée de gaz et un conduit d'extraction de gaz et ce dispositif de formage est caractérisé par un conduit d'introduction d'un fluide cryogénique qui avantageusement est co-axial intérieurement au conduit d'amenée de gaz. Certaines autres caractéristiques de l'inventian ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de formage de corps creux selon l'invention, - La figure 2 est une variante de ce meme dispositif, - La figure 3 est un schéma montrant les circuits de refroidissement au niveau des mandrins, dans un corps creux à deux orifices, - La figure 4 est une vue schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit que dans un moule 1, constitué de deux parties la et lb séparables l'une de l'autre, a été formé à chaud un corps creux 2 ayant un débouché 3 dans lequel s'engage le mandrin 4 qui est constitué ici d'une pièce présentant un conduit axial 5 pour l'air de soufflage, dans lequel est engagé un conduit d'introduction à double paroi d'isolation sous vide 6' et 6" pour un fluide cryogénique. Autour du# conduit 5 est disposé un conduit 7 qui débouche à ltexté- rieur par- une dérivation 8. Le conduit axial 6 débouche à l'intérieur du moule à la périphérie latérale par un ajutage 9 stévasant légèrement vers l'intérieur du moule, tandis que le conduit annulaire 7 débouche à l'intérieur du moule t par un faisceau divergent d'ajutages 7a. Le fonctionnement du dispositif de formage est le suivant De façon habituelle, un tronçon tubulaire en matière thermoplastique est placé dans la zone de moulage entre les parties la et lb du moule 1. Après quoi le mandrin de soufflage est introduit dans l'ouverture du moule 3 et de l'air de soufflage est injecté, ce qui fait venir le corps creux 2 dans la position indiquée au dessin, c'est-à-dire placé complètement contre les parois du moule. Cet air de gonflage peut d'ailleurs s'échapper par les orifices 7a et les conduits 7 et 8. 1#nmédiatement après la fin du formage, ou quelquefois même avant que cette opération ne soit terminée, tout en maintenant la circulation de l'air, on fait parvenir par le conduit 6 de l'azote liquide ou du gaz carbonique liguide qui vient rencontrer le jet d'air issu du débouché Sa du conduit 5 au niveau de l'ajutage 9 du conduit 6. L'air assure une pulvérisation fine de l'azote liquide ou de la neige carbonique qui se forme et cette pulvérisation est entrarnée vers les parois du corps creux 2 où elle se vaporise assurant ainsi un effet important de réirigération ; l'on notera que, d'une part, l'air en circulation non seulement contribue à l'évacuation des calories, mais assure également des mouvements de conveotion du fluide cryogénique d'intensité suffisante pour assurer les rencontres nécessaires entre la paroi du corps creux 2 et les fines gouttelettes d'azote ou de neige'carbonique. L'expérience a montré qu'en utilisant un débit d'air au moins égal au tiers du débit massique de fluide-cryogénique, on permettait d'assurer des cadences de production considérablement plus rapides, de l'ordre de 25 % plus rapides. Dans la réalisation représentée à la figure 2, on dispose d'un mandrin de soufflage 42 avec un conduit axial 52 pour l'air, associé à un conduit 56 pour le liquide cryogénique, tandis que le conduit d'évacuation de fluide est ici assuré par un conduit 57, le fonctionnement est le même que celui décrit précédemment sauf que le fluide évacué passe par l'ajutage 54. Le conduit 56 d'injection de fluide frigorifique liquide est muni à son extrêmité d'un injecteur 12, possédant plusieurs orifices calibrés 13 orientés suivant les zones particulièrement difficiles à refroidir. Lorsque le corps creux est muni de plusieurs ouvertures, comme dans l'exemple de la figure 32 on utilise un mandrin de soufflage 30 pour introduire l'air comprimé et injecter le fluide Brigorifique par le tube 31, l'extraction étant assurée par la présence d'un mandrin 32 à conduit d'évacuation 33. La figure 4 représente toute l'installation sous une forme simplifiée. De l'air comprimé venant des compresseurs 18 est véhiculé dans des tuyauteries 19 jusqu'aux machines d'extrusion-soufflage. Le corps creux 47 est gonflé lorsque l'électro-vanne 50 s'ouvre suivant la cadence de travail de la machine. D'autre part, le fluide frigorifique liquide, sur l'exemple de l'azote liquide, contenu dans un réservoir isolé 54 et mis en pression de facon connue par un ré chauffeur extérieur 55 est envoyé dans des tuyauteries isolées 56 jusqu'a l'électrovanne 57! Cette électrovanne 57est commandée, soit simultanément avec l'électrovanne 50 d'air comprimé, soit avec un léger retard, soit après le formage complet du corps creux. L'air ainsi que le fluide frigorifique entrent par le mandrin 51 dess le corps creux 47 et s'évacuent, après avoir cédé les frigories, par le mandrin 51 et la soupape 521. Dans ltexemple, l'azote liquide est maintenu à une pression légèrement supérieure à celle de l'air comprimé qui est elle-mee supérieure à la pression maintenue dans le corps creux 47. Une soupape 52, tarée à la valeur convenable, permet le maintien de la pression déterminée à l'intérieur du corps creux. La présente invention f s'applique aux procédés d'eitrusion-soufflage, d'injection soufflage, de thermoformage et de rotomoulage de corps en matériau thermoplastique, tels récipients, fats, bouteilles, bidons, etc... REVENDICATIONS I. - Procédé de fabrication de corps creux en matériau thermoplastique par soufflage dans un moule d'une ébauche tubulaire ou paraison que l'on solidifie avec intervention d'un fluide réfrigérant tel azote liquide ou gaz carbonique sous pression, caractérisé par la mise en oeuvre des deux phases opératoires suivantes, à savoir une première phase où l'on effectue le gonflage par un gaz non refroidi, ledit gaz étant entièrement emprisonné dans ladite paraison, et une seconde phase, où l'on poursuit l'admission dudit gaz en même temps qu'on le refroidit par ledit fluide et où lton assure un soutirage de gaz hors de la paraison. 2 - Procédé de fabrication de corps creux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on refroidit le gaz par injection directe dans la paraison du fluide réfrigérant. 3, - Procédé de refroidissement d'un corps creux en matériau thermoplastique selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que pendant le refroidissement, le débit massique de gaz à température ambiante est au moins égal au tiers du débit massique de fluide cryogénique liquide. 4, - Dispositif de formage de corps creux par gonflage à chaud d'un tronçon tubulaire de matériau thermoplastique, du genre comportant un moule constitué de parties séparables avec au moins un débouche vers l'extérieur où s'engage un mandrin équipé d'un conduit d'amenée de gaz avec un conduit d'introduction d'un fluide cryogénique, caractérisé en ce que le mandrin est également équipé d'un conduit d'extraction de gaz sans perte de charge.