Brevet FR2447260A1 — publié le 19800822

Dans la technologie de transformation des matériaux ou l'on part de mélanges de liquides (qui peuvent être visqueux) qui sont ensuite injectés ou coulés dans des cavités de moulage ou ils durcissent dans certaines conditions propres à la réticulation, et en particulier lorsqu'il s'agit de mélanges de monomères, d'agents de réticulation, de plastifiants, de catalyseurs, de charges actives et inertes, de colorants, etc., le travail se répartit en deux étapes distinctes: le mélange intime des constituants et l'injection ou coulée, ces deux etapes se passant normalement dans deux parties distinctes de l'installation. Le fait qu'il est nécessaire d'effectuer en deux emplacements distincts ces deux étapes du travail ne va pas sans divers inconvénients. Tout d'abord les temps de travail sont trop longs, et les équipements très encombrants, complexes et donc coûteux, non seulement en ce qui concerne les investissements, mais aussi le fonctionnement et la maintenance. Les systèmes de mélange de type connu présentent un autre inconvénient grave : il recourent à des mélangeurs de type dynamique (à agitateur rotatif ou similaires) qui ne sont pas toujours à même d'assurer parfaitement le mélange intime des constituants qui est nécessaire à l'obtention de certains composés, afin que l'on obtienne des produits présentant des caractéristiques fixées à l'avance. Un des buts de la présente invention est d'obvier aux inconvénients mentionnés plus haut en créant une méthode pour mélanger des substances se comportant comme des liquides et faire arriver le mélange obtenu dans un moule de mise en forme, ces opérations se faisant dans la même partie de l'installation, au cours d'étapes successives du travail, sans qu'il y ait de temps morts. Un autre but de la présente invention est de créer une méthode du genre précédent permettant d'obtenir un mélange intime des constituants alors que les méthodes connues ne le permettent pas. Pour atteindre les buts énoncés plus haut, on a imaginé, selon l'invention, de créer une méthode pour mélanger au moins deux liquides et les faire arriver dans un moule de mise en forme, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes successives consistant à a) faire circuler un premier liquide sous pression dans un circuit fermé, en l'amenant à passer plusieurs fois par au moins un étranglement de laminage dudit liquide; b) faire circuler dans ledit circuit un second liquide sous pression, avec le premier, en amenant ces liquides à passer plusieurs fois par ledit passage; c) faire arriver directement le mélange provenant dudit circuit dans un moule de mise en forme monté à l'aval dudit circuit. La présente invention a encore pour but de réaliser un dispositif capable d'effectuer correctement les étapes de la méthode telles qu'elles ont été décrites. A cet effet, selon l'invention, on a imaginé de réaliser un dispositif qui comprenne une chambre cylindrique de mélange desdits deux liquides, servant aussi à faire arriver le mélange obtenu dans ledit moule, deux pistons opposés qui peuvent être commandés pour coulisser dans ladite chambre, une cloison de séparation placée entre les deux pistons pour diviser la chambre en deux parties communiquant entre elles par au moins un passage pratiqué dans ladite cloison, des conduits d'arrivée desdits liquides, débouchant dans ladite chambre, et une buse de décharge du mélange, commandée par un moyen du genre valve. Les caractéristiques de l'invention ressortiront encore plus clairement de la description détaillée de la méthode de mélange, en se référant à une installation, prise comme exemple, servant à appliquer la méthode et illustrée par le dessin annexé dans lequel La Fig. 1 représente un schéma de fonctionnement de l'installation; La Fig. 2 est une coupe longitudinale illustrant le dispositif mélangeur proprement dit, coupe faite suivant le trait II - II de la Fig. 1; et La Fig. 3 est une coupe faite suivant le trait III - III de la Fig. 2. La Fig. 1 montre le schéma de principe de la ligne de fabrication. Si l'on part, par exemple, des réservoirs de départ 3 et 4 contenant les constituants A et B qui y ont été préparés, lesdits constituants sont chassés par de l'air comprimé arrivant par les canalisations 1 et 2 et arrivent séparément dans les cylindres de chargement 11 et 12 par les canalisations 5 et 6 en passant par les valves antiretour 7 et 8. Lorsque les pistons se meuvent dans les cylindres de chastement 11 et 12 - ce mouvement est commandé par le système hydraulique constitué par la centrale hydraulique 14 et le cylindre 13 - les chambres 20 et 21 du mélangeur-injecteur selon la pré -sente invention se remplissent. Les deux charges A et B passent par les valves antiretour 9 et 10. Le mélangeur-injecteur est essentiellement constitué par les chambres 20 et 21 et par une cloison de séparation et de mélange, 19, schématisée sur la Fig. 2. Lorsque les pistons 22 et 23 sont animés de mouvements alternatifs et de même sens, les matières qui forment les constituants à mélanger sont intimement dispersées les unes dans les autres. Les pistons 22 et 23 sont actionnés par des contre-pistons contenus dans des cylindres à air comprimé, 17 et 18. Du fait que lwon actionne les pistons 22 et 23, les constituants passent par le canal 24 qui fait communiquer les deux chambres, le régime d'écoulement étant tel que les gradients des vitesses d'écoulement sont élevés. Les efforts de cisaillement au niveau des parois seront donc d'autant plus grands que la viscosité des constituants et du mélange sera plus grande. I1 est préférable, à cette fin, que le passage 24 présente deux branches 26, 27, convergeant vers une buse 28 de décharge du mélange. On a constaté - ce qui est surprenant quand on compare aux autres mélangeurs statiques - qu'il n'est pas nécessaire de fractionner l'écoulement en de multiples branches lors du transfert des matières, mais qu'il suffisait de travailler dans un régime où les efforts de cisaillement sont élevés pour que les substances à mélanger se compénètrent. I1 va de soi que le mouvement alterné des pistons dans la chambre de mélange-injection se fait alors que les valves 9, 10 et 25 sont fermées. Pour l'injection ou la coulée de la matière mélangée on ouvre la valve 25 et on actionne - séparément ou simultanément, selon la quantité à injecter, les deux pistons 22 et 23 de façon à envoyer le mélange, par la buse 28, dans le moule schématisé par S. Lorsqu'on procède aux charges succédant à la première avec des matières non mélangées, celles-ci servent à diluer les incrustations éventuellement formées par suite de la pré-réticulation et/ou de la stagnation des matières, et la succession des charges permet donc de considérer que ce système est également auto-nettoyant ce qui a de notables avantages techniques et économiques. Sur ce point, il est préférable de faire arriver le premier constituant, et de le laminer, par le passage 24, puis de faire arriver le second constituant et de les laminer ensemble. On a mis en oeuvre, avec les appareils des figures 1, 2 et 3, des mélanges de polyuréthannes, et obtenu les résultats relatés dans les exemples suivants EXEMPLE 1 On utilise comme constituant A un élastomère polyuréthan-- nique à base d'isocyanates du type ADIPRENE L 100 de la Compagnie Du Pont de Nemours, ayant les propriétés suivantes Densité à 250 C 1,06 Viscosité Brookfield à 300 C 18000 cps Teneur moyenne en isocyanates 4,1 % Le constituant B est un mélange de plastifiant, d'agent de réticulation et de catalyseur; le plastifiant est du DOP (phtalate de dioctyle), l'agent de réticulation est le MOCA de la Compagnie Du Pont de Nemours méthylène-4,4' bis (chloro-2 aniline) et le catalyseur l'acide adipique. On a choisi comme variable un nombre croissant de mouvements alternatifs des pistons 22 et 23 dans des sens opposés. I1 est bien entendu que les caractéristiques finales sont en moyenne les caractéristiques maximales que l'on peut obtenir avec les formules de mélange considérées; les coefficients de variation ont été évalués statistiquement par des essais répétés 20 fois sur le même échantillon, et on a relevé leur diminution en fonction du nombre des mouvements des pistons et constaté qu'ils étaient constants après le deuxième mouvement. Les valeurs des coefficients de variation sont d'une grandeur qui correspond pratiquement à l'erreur des méthodes de mesure. Ceci signifie que si l'on fait jouer les pistons 22, 23 deux fois seulement avant de procéder à la coulee ou à l'injection, on obtient une homogénéité parfaite du mélange. Les formules et les résultats figurent ci-après ADIPRENE L 100 100 100 100 100 MOCA 12,5 12,5 12,5 12,5 DOP 40 40 40 40 Acide adipique 0,15 0,15 0,15 0,15 nombre de mouvements 1 2 3 10 température de mélange (oye) 100 100 100 100 durée de réticulation (heures) 3 3 3 3 température de réticulation (OC) 100 100 100 100 durée de post-réticulation (heures) 160 160 160 160 température de post-réticulation (OC) 24 24 24 24 dureté Shore A 81 82 81 81 2 module pour allongement 100% kg/cm2 37 37 38 37 2 module pour allongement 300% kg/cm 60 62 61 60 charge de rupture kg/cm2 205 210 212 210 allongement à la rupture % 600 610 620 615 déformation permanente à la 40 41 39 40 compression % (22 heures à 700C) reprise élastique % 51 50 51 51 (Bashore) Coefficients de variation dureté % 14 8 7 8 charge de rupture 16 10 8 9 reprise élastique 10 7 8 7 EXEMPLE 2 On a procédé comme à l'Exemple 1, en ajoutant à la formule un colorant, incorporé par exemple dans une pâte à base époxydique. On a obtenu les même résultats. Le colorant a été mélangé comme s'il faisait partie du constituant B et s'est trouvé, à l'analyse microscopique, finement dispersé. EXEMPLE 3 Le constituant A est 1'ADIPRENE L 100, le constituant B est un mélange de DOP et de méthylène-dianiline. Le mélange a été obtenu par 1 et 3 mouvements des pistons ADIPRENE L 100 100 100 noP 50 50 Méthylène-dianiline 9,6 9,6 température de mélange (OC) 66 66 durée avant extraction des moules (min) 3' 3' durée de réticulation à 100a C (heures) 1 1 durée de conditionnement (humidité relative 50 %, 240 C) (heures) 160 160 mouvements des pistons (nombre) 1 3 2 module (allongement 100 %) kg/cm2 40 39 module(pour allongement 300 %) kg/cm2 55 56 charge de rupture kg/cm2 190 200 allongement à la rupture (%) 600 630 dureté Shore A 73 73 déformation permanente à la compression (B) 25 27 (22 heures à 700 C) (%) reprise élastique (Bashore) (%) 53 52 Coefficients de dispersion (%) charge de rupture (%) 20 10 allongement à la rupture (%) 15 9 dureté (%) 20 8 EXEMPLE 4 Le constituant A est de 1'ADIPRENE L 100, additionné de catalyseur (acétylacétonate ferrique). Le constituant B est fait d'ADIPRENE L 100, avec des polyols servant d'agents de réticulation (butanedial-1,4 et tri méthylolpropane). On a fait varier le nombre des mouvements des pistons 22, 23 et l'on a calculé les coefficients de dispersion, comme à l'Exemple 1. Les formules et les résultats obtenus figurent ci après ADIPRENE L 100 100 100 100 100 Butanediol - 1,4 3,5 3,5 3,5 3,5 Triméthylpropane 0,8 0,8 0,8 0,8 Acéthylacétonate ferrique 0,01 0,01 0,01 0,01 Réticulation (heures à 1000 C) 6 6 6 6 post-réticulation (humidité relative 50%, 240C) heures 160 160 160 160 mouvements des pistons (nombre) 1 2 3 10 module (allongement 100%) kg/cm2 19 20 18 19 module pour allongement 300% kg/c::2 33 30 35 34 charge de rupture kg/cm2 137 142 136 138 allongement à la rupture (%) 500 480 510 500 dureté Shore A 58 57 58 58 Coefficients de dispersion (%) charge de rupture 22 12 11 9 allongement à la rupture 18 8 9 8 dureté 16 10 12 10 Conformément à l'invention le mélange s'obtient donc grâce à un mélangeur statique fondé sur l'écoulement des matières à mélanger par des orifices appropriés, les régimes d'écoulement étant réglés de façon à assurer une compénétration parfaite des cons titubants en raison des efforts de cisaillement ainsi engendrés. Il n'y a pas d'organes mécaniques en mouvement au sein des constituants et du mélange, ce qui évite la formation d'incrustations dues à des matières qui séjournent autour des arbres, des hélices, et autres organes. Ces incrustations sont souvent dues à des pré-polymérisations ou à des pré-réticulations provoquées par des régimes différentiels d'efforts autour des arbres en mouvement et par la durée de l'agitation nécessaire, dans un mélangeur dynamique normal, pour opérer le mélange. Dans le cas présent, les durées nécessaires au mélange peuvent être réduites à un petit nombre de secondes, ce qui réduit au minimum les phénomènes de durcissement survenant avant l'injection, et l'on peut opérer à une température assez élevée pour réduire également à un minimum la durée des cycles de "réticula- tion". REVENDICATIONS 1. Méthode pour mélanger au moins deux liquides et les faire arriver dans un moule de mise en forme, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes consistant à a) faire circuler un premier liquide sous pression dans un circuit fermé, en l'amenant à passer plusieurs fois par au moins un étranglement de laminage dudit liquide; b) faire circuler dans ledit circuit un second liquide sous pression, avec le premier, en le faisant passer plusieurs fois par ledit passage; et c) faire arriver directement le mélange provenant dudit circuit dans un moule de mise en forme monté à l'aval dudit circuit. 2. Dispositif pour appliquer la méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre cylindrique de mélange desdits deux liquides, servant aussi à faire arriver le mélange obtenu dans ledit moule; deux pistons opposés qui peuvent être commandés pour coulisser dans ladite chambre, une cloison de séparation placée entre les deux pistons pour diviser la chambre en deux parties communiquant entre elles par au moins un passage pratiqué dans ladite cloison, des conduits d'arrivée desdits liquides, débouchant dans ladite chambre, une buse de décharge du mélange, commandée par un moyen du genre valve. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits conduits et ladite buse sont pratiqués dans ladite cloison. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit passage comporte deux branches qui convergent dans ladite buse.