Brevet FR2459122A1 — publié le 19810109

L'invention concerne un procédé pour la fabrication de profilés en matière plastique expansée en mousse, extrudés, présentant une croûte lisse et une structure cellulaire régulière, L'invention s'étend à un dispositif nécessaire à la réalisation de ce procédé. La configuration du moule d'extrusion joue un ralle prépondérant lors de la fabrication des profilés en matière plastique en mousse extrudés, car le moule exerce une très forte influence sur la qualité du profilé à fabriquer et sur le débit maximal que l'on peut atteindre. Les problèmes particuliers sont provoqués par les conditions qui règnent lors de la fabrication des profilés en matière plastique en mousse, car, outre les paramètres connus que sont la vitesse d'écoulement, la résistance à l'écoulement, la section de la filière et le gonflement, il faut prendre aussi en compte la formation de la mousse. On connatt déjà de nombreux procédés pour la fabrication de produits en matière plastique en mousse.Dans le procédé "Celuka" (brevets allemands DE 1 729 076, DE-OS 1 916 921 et DE 2 050 550), on produit un espace creux dans le profil extrudé à l'aide d'un poinçon aménagé dans le moule, et servant de dispositif de déplacement ou de ralentisseur d'écoulement. Le boudin de matière plastique est extrudé dans le dispositif calibreur, fixé directement sur le moule, et dont la section de passage est identique à la section de sortie de la filière ; il se crée une expansion en mousse dans le dispositif calibreur, ce qui, en raison du très fort refroidissement, forme une croûte solide, le reste de la masse fondue pouvant se transformer librement en mousse vers l'intérieur. L'inconvénient de ce procédé réside en ce que le canal d'écoulement doit présenter une configuration spéciale, en raison de la présence du poinçon, ce qui conduit à des frais élevés de fabrication. De plus, le poinçon doit être soutenu par des portepoinçons qui créent une résistance indésirable à l'écoulement, et qui peuvent donner lieu à des phénomènes de surchauffe dans la masse fondue. Enfin, on peut voir sur le profil fini des traces d'écoulement provoquées par les porte-poinçons, ce qui diminue la qualité des profils fabriqués. Comme le moussage dans l'espace creux formé par le poinçon s'effectue de l'extérieur vers l'intérieur, il n'est pas possible d'obtenir une structure cellulaire absolument uniforme, et le débit que l'on peut atteindre est faible. Dans le procédé connu sous le nom de " Procédé Woodlite" (brevets allemands DE 2 038 803, DE 2 256 130, DE 2 428 999 et DE 2 510 006), la masse fondue de matière plastique contenant l'agent gonflant est extrudée sous la forme de profils extrudés en passant par une grille disposée à la sortie de la filière, tandis qu'une croûte se forme sur les différents profils extrudés destinés à être transformés en mousse, tandis que ces boudins se soudent ensuite les uns aux autres pour donner une structure uniforme. Une grille supplémentaire, disposée en amont de la première, permet de faire varier la densité des profils extrudés. Ce procédé présente l'inconvénient que les profils obtenus, s'ils doivent être utilisés à des fins décoratives, doivent tout d'abord être soumis à un traitement thermique, onéreux, destiné à améliorer ltétat de surface. En outre, la subdivision de la masse fondue en plusieurs boudins conduit à une destruction de la structure cellulaire, de sorte que l'on n'est plus assuré d'une répartition homogène des cellules. Ce procédé présente encore un autre inconvénient, qui réside en ce qu il ne convient qu'au polystyrène et aux copolymères de styrène et d'autres monomères, dans lesquels le styrène présente le pourcentage le plus élevé. On connalt aussi un procédé dans lequel est disposée une grille à étranglement dans le moule d'extrusion pour augmenter la montée en pression (brevet allemand DE 2 249 435). On évite ainsi un moussage prématuré de la masse fondue dans le moule, de sorte que l'on obtient un front d'écoulement s'écoulant d'une manière régulière. Dans une autre réalisation de la solution ci-dessus, on dispose en outre, dans la grille à étranglement, des broches destinées à diminuer la densité (brevet allemand DE 2 359 282). Les solutions de ce genre exigent des frais élevés du point de vue technique et économique. De plus, la masse fondue est subdivisée en plusieurs courants individuels, qui doivent ensuite être ressoudés les uns aux autres. Pour certaines matières plastiques, comme par exemple le polyéthylène, on peut voir sur le profil fini les raccords provoqués par ce ressoudage. Toutes ces solutions présentent l'inconvénient que la masse fondue contenant l'agent gonflant et se trouvant dans le moule d'extrusion est régulée au moyen de différents dispositifs, par exemple un poinçon, une grille, une grille à étranglement, etc. Il en découle une complication de la structure du moule : de plus, pour certaines matières plastiques, par exemple le chlorure de polyéthylène, on court le risque d'une détérioration thermique. Il fait en outre s'attendre à des difficultés lors de la régulation du processus de moussage, en raison de fluctuations de la viscosité. Le boudin sortant à l'état plastique du moule d'extrusion subit lors de son extraction un fort étirage, de sorte qu'il peut en outre se produire des déformations dans la structure cellulaire, déformations ayant pour conséquence une augmentation de la densité. On connatt encore une autre solution (brevet allemand DE 2 236 779), dans laquelle le boudin thermoplastique, pour diminuer la densité, peut se transformer librement en mousse en traversant une chambre de moussage disposée entre le moule d'extrusion et le dispositif calibreur. Cette solution présente l'inconvénient que les profils produits ne présentent pas de croûte lisse, de sorte qu'ils ne conviennent pas à des fins décoratives. De plus, la suspension libre des profils extrudés pendant le moussage dans cette chambre présente des inconvénients pour ce qui est de la qualité du profil fabriqué. Enfin, la réalisation de cette chambre de moussage exige des frais élevés du point de vue technique et économique, et il se produit des fluctuations de la qualité en raison des difficultés qu'il y a à mattriser parfaitement le processus de moussage. L'invention a pour but de créer un procédé pour la fabrication de profilés en matière plastique expansés en mousse, de faible densité, présentant une croûte lisse et une structure cellulaire régulière. Elle s'étend à un dispositif pour l'exé- cution de ce procédé, ce procédé et dispositif facilitant considérablement la construction du moule d'extrusion et permettant de commander et de réguler convenablement le processus de moussage. L'invention concerne à cet effet un procédé de fabrication de profils en matière plastique expansée en mousse, caractérisé en ce qu'il se forme dans le moule d'extrusion un boudin qui pénètre ensuite dans une t#te de moussage présentant une variation continue de section, puis subit dans cette tête de moussage, sans gradient de vitesse dans le sens de l'extrusion, un moussage dans le sens perpendiculaire au sens de l'extrusion, puis un profilage et enfin une préfixation, le boudin sortant de la tête de moussage sous la forme d'un profil plastique à croit élastique, grâce à la régulation du volume pendant la dilatation, et éventuellement pendant la compression. Dans le moule d'extrusion sont formés les contours principaux, qui présentent de préférence une section circulaire, carrée ou rectangulaire et c'est dans la tête de moussage que s'effectue progressivement, pendant le moussage proprement dit, l'opération ultérieure modifiant la forme jusqu'à la forme du profil fini. La température à l'orifice d'entrée de la t#te de moussage est inférieure à la température de la masse plastique sortant du moule, et, à l'orifice de sortie, elle est inférieure à la température de solidification de la matière plastique à transformer. Selon une réalisation de l'invention, une tête de moussage présentant une variation continue de sa section est raccordée immédiatement après le moule d'extrusio, cette tête de moussage possèdant en son orifice d'entrée les mêmes dimensions que celles de l'orifice de sortie du moule d'extrusion. La section de l'orifice de sortie de la tête de moussage est supérieure à la section de l'orifice d'entrée. La longueur de la tête de moussage est comprise entre une et vingt fois la plus grande dimension du contour du profil. L'angle d'ouverture de la t8te de moussage, mesuré par rapport à l'axe d'extrusion, est compris entre -30 et +500, et de préférence entre -5 et +300. Il est en outre possible que l'angle d'ouverture de la tête de moussage, mesuré par rapport à l'axe d'extrusion, varie dans le sens de l'extrusion. Le rapport optimal entre sangle d'ouverture et la longueur dépend du taux de moussage voulu et de la dimension correspondante du profil ; ce rapport peut varier entre les limites indiquées. La paroi intérieure de la tête de moussage est garnie de bosses et/ou d'évidements dont les dimensions augmentent dans le sens de Ilextrusion, ces augmentations dépendant toutefois de la forme du profil qui doit être extrudé. La section de sortie de la tête de moussage est identique à la section du profil à fabriquer. La paroi intérieure de la tête de moussage est constituée en un matériau présentant d'excellentes propriétés de glissement, ou bien elle est enduite d'une telle matière. De préférence, on utilise ici une matière plastique au fluor. Pour observer les températures prescrites de traitement, la tête de moussage possède un dispositif de régulation de la température. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, qui représentent un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 présente une vue en coupe de la tête de moussage disposée après le moule d'extrusion, ainsi que le dispositif calibreur et le dispositif de refroidissement - la figure 2 représente l'évolution du contour interne de la tête de moussage selon les coupes A-A, B-B, C-C, D-D, E-E de la figure 1. La channe de fabrication selon l'invention destinée à fabriquer un profil expansé en mousse se compose d'une extrudeuse non-représentée, du moule d'extrusion 1, de la tête de moussage 2, du dispositif calibreur 4, du dispositif de refroidissement 5 ainsi que du dispositif d'enlèvement et de coupure, non représenté. Le procédé selon l'invention se déroule comme suit le matériau thermoplastique, contenant l'agent gonflant, est fondu dans une extrudeuse sous l'effet de la chaleur et de la pression, et y est homogénéisé, l'agent gonflant se présentant sous forme gazeuse en solution dans la masse fondue. La masse fondue homogénéisée est transportée dans le moule d'extrusion 1, et y est transformée en un boudin. Ce boudin peut avoir une section circulaire, carrée ou rectangulaire, selon la forme du profil à fabriquer, cette section représentant le contour principal du profil à fabriquer. Le boudin pénètre dans la tête de moussage 2 avec un gradient de pression uniforme sur toute la section.La tête de moussage possède un dispositif de régulation de température, tel que la température à l'orifice d'entrée soit inférieure à la température de la masse plastique du boudin, la température à l'orifice de sortie de la tête de moussage 2 étant inférieure à la température de solidification de la matière plastique à transformer. Le boudin plastique, qui n'a pas encore été expansé en mousse, subit une expansion dans la tête de moussage 2, et il est progressivement profilé grâce à une régulation du volume en fonction des contours de la tête de moussage 2. Il subit une fixation préalable puis sort de la tête de moussage 2 sous la forme d'un boudin moussé possédant une croûte élastique. Le boudin cellulaire, qui présente déjà la forme du profil fini, est ensuite fixé au moyen d'un dispositif connu de calibrage et de refroidissement, puis coupé à la longueur voulue. Ce procédé présente l'avantage d'une réalisation techniquement simple du processus d'extrusion, en raison de la nature facilement régulable du processus d'expansion dans la tête de moussage. S'est avéré particulièrement favorable le fait que le moussage, le profilage et le préfixage s'effectuent dans un dispositif unique, la tette de moussage. Le procédé selon l'invention présente un autre avantage, qui réside en la très grande simplification du moule d'extrusion. Il est même possible de fabriquer avec un seul moule d'extrusion des profils de différentes sections. Selon la forme voulue du profil, il suffit de faire un échange standard de tête de moussage. Les profils cellulaires fabriqués par le nouveau procédé selon l'invention se caractérisent par une stabilité dimensionnelle élevée ; ils présentent une surface brillante et lisse, ainsi qu'une faible densité. Le dispositif nécessaire à l'exécution du procédé se compose d'une t#te de moussage 2 fixée au moule d'extrusion 1 (figure 1). La tête de moussage possède en son entrée des dimensions identiques à celles de l'orifice de sortie du moule d'extrusion 2, et présente une variation continue de sa section. Comme on le voit sur la figure 1, l'orifice de sortie est plus grand que l'orifice d'entrée. La longueur de la t#te de moussage 2 dépend des dimensions du contour du profil à fabriquer. Elle est comprise entre 1 et 20 fois la dimension la plus grande du contour du profil. Il s'est avéré que la longueur qui convenait le mieux était comprise entre cinq et dix fois la plus grande dimension du contour du profil. Le taux de moussage dépend non seulement de la longueur de la tête de moussage, mais aussi de son angle d'ouverture. Cet angle d'ouverture, mesuré dans le sens de l'extrusion, doit être compris entre -30 et +5O0C, de préférence entre -5 et +300. Il est en outre possible d'avoir une variation de l'angle d'ouverture dans le sens de l'extrusion. La t#te de moussage 2 peut entre entièrement fabriquée en polytétrafluoréthylène (PTFE), ou bien sa paroi intérieure est garnie de PTFE ou bien d'un matériau présentant d'aussi bonnes propriétés de glissement. Il est par ailleurs prévu dans la tête de moussage 2 des alésages 3 destinés au fluide servant à réguler la température. Il est en outre possible d'effectuer séparément le chauffage et le refroidissement. On voit sur la figure 2 l'évolution du contour de la t#te de moussage 2 destinée à la fabrication d'un profil de glissement pour des tiroirs. La t8te de moussage 2 présente en son entrée (coupe A-A) une section circulaire ayant les mimes dimensions que celles de la section de sortie du moule d'extrusion 1. Ces contours subissent une transformation progressive jusqu'à avoir la forme du contour définitif (coupe E-E) à la sortie de la t#te de moussage 2, ce dernier contour étant identique à celui de la section du profil à fabriquer. Des arêtes vives 7, 8 ne sont disposées que dans la dernière partie (coupe D-D à E-E) de la tate de moussage 2.Le boudin plastique sort du moule d'extrusion 1 sous une forme non-cellulaire ; ce moule présente une section circulaire ; le boudin pénètre ensuite dans la tête de moussage 2, à température régulée, avec un gradient de pression constant: il subit un moussage dans cette tête de moussage. Grâce au moussage du boudin plastique contre les contours intérieurs de la tate de moussage 2 transversalement au sens de l'extrusion, le boudin plastique~ reçoit la forme voulue (profilage). On a tout d'abord un évasement progressif de la section circulaire, qui se transforme en une section rectangulaire (coupe B-B). Après le moussage de la masse plastique commence la compression progressive dans la zone dans laquelle se trouve l'entaille (coupe B-B à C-C). Les points où doivent se former les arêtes vives 7, 8 subissent un moussage jusqu'à la dernière partie (coupe D-D) de la tate de moussage 2, mais d'une manière arrondie. Les contours définitifs sont réalisés dans la dernière partie (coupe D-D à coupe E-E), et le boudin, maintenant entièrement expansé en mousse, reçoit dans cette zone sa forme définitive. Lors du glissement du boudin plastique en cours de moussage sur le contour intérieur de la tête de moussage 2, la croûte du boudin plastique prend un état élastique. Après la sortie de la t#te de moussage 2, le boudin plastique profilé, préfixé, moussé, subit une fixation dans un dispositif calibreur 4 disposé en aval, puis est refroidi dans la zone de refroidissement 5 jusqu'à solidification complète. Le procédé selon l'invention, ainsi que le dispositif nécessaire à l'exécution de ce procédé, peuvent aussi être utilisés pour la fabrication de profils creux cellulaires. Dans ce cas, un poinçon, correspondant au contour intérieur du profil à fabriquer, est'installé dans le moule d'extrusion 1 et dans la tête de moussage 2. Le procédé selon l'invention convient à tous les thermoplastiques extrudables, et en particulier à la fabrication de profils cellulaires en polychlorure de vinyle rigide. REVENDICATIONS 10) Procédé pour la fabrication de profils en matière plastique expansée en mousse par extrusion d'une matière plastique contenant un agent gonflant dans un moule d'extrusion, puis moussage dans un dispositif se trouvant entre le moule d'extrusion et l'orifice d'entrée du dispositif calibreur, puis par calibrage et refroidissement du profil extrudé cellulaire, procédé caractérisé en ce que dans le moule d'extrusion (1) est formé un boudin qui pénètre dans une tête de moussage (2) présentant une variation continue de sa section, et des alésages (3) d'amenée de fluide de réglage de température, dans laquelle il subit un moussage, un profilage et une préfixation transversalement au sens de l'extrusion, et sans gradient de vitesse dans le sens de l'extrusion, ce boudin sortant de la t#te de moussage sous la forme d'un profil plastique à croûte élastique, grâce à la régulation du volume pendant la dilatation, et éventuellement la compression. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le moule d'extrusion, sont formés les contours principaux, qui présentent des préférence une section circulaire, carrée ou rectangulaire, tandis que c'est dans la tête de moussage que se produit progressivement, pendant le moussage, le formage ultérieur jusqu'à la forme du profil fini. 30) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la température à l'orifice d'entrée de la tête de moussage est inférieure à la température du boudin plastique, la température à l'orifice de sortie étant inférieure à la température de solidification de la matière plastique à transformer. 40) Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moule d'extrusion (1) est rattachée une tête de moussage (2) présentant une variation continue de section, tête de moussage possédant en son orifice d'entrée les mêmes dimensions que celles de l'orifice de sortie du moule d'extrusion (1). 50) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section de l'orifice de sortie de la t#te de moussage (2) est plus grande que la section de l'orifice d'entrée. 60) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la longueur de la tête de moussage (2) est comprise entre une et vingt fois, de préférence entre cinq et dix fois, la dimension la plus grande du contour du profil. 70) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture de la tête de moussage (2) par rapport à l'axe d'extrusion est compris entre -30 et +500, notamment entre -5 et +300. 80) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture de la tête de moussage (2) par rapport à l'axe d'extrusion varie dans le sens de l'extrusion. 90) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la paroi intérieure de la t#te de moussage (2) est garnie d'évidements et/ou de bossages augmentant dans le sens de l'extrusion. 100) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que la section de sortie de la tête de moussage (2) est identique à la section du profil à fabriquer. île) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que la paroi intérieure de la tête de moussage (2) est en un matériau présentant de très bonnes propriétés de glissement, de préférence une matière plastique au fluor, ou bien est enduite de ce matériau. 120) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que la tête de moussage (2) peut astre mise en régulation de température.