Brevet FR2451259A1 — publié le 19801010

L'invention concerne un procédé de moulage par vibration destinée à permettre de contrôler ou de modifier les propriétés physiques de matériaux moulés a notamment leurs propriétés mécaniques et optiques, une machine permettant de réaliser ledit procédé, ainsi que les nouveaux matériaux ainsi obtenus De nombreux matériaux sont transformés de nos jours de l'état brut initial à l'état d'article fini ou semi-fini par une opération qui comprend un moulage. Ces matériaux sont par exemple des métaux, des verres, des céramiques, des polymères, des résines et caoutchoucs, des matières synthétiques ou naturelles, organiques ou inorganiques.Ces matériaux sont dotés chacun d'un ensemble caractéristique de propriétés mécaniques et physiques qui dépend en premier lieu de la nature chimique du matériau, mais qui dépend également de l'état thermodynamique de la matière après l'opération de moulage, en particulier de l'état de non-équilibre thermodynamique à la température d'utilisation du produit. Diverses recherches ont eu pour objet de chercher à modifier et à améliorer certaines caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux en contrôlant l'influence des paramètres du moulage. C'est ainsi que l'influence de la pression de moulage sur l'état de relaxation interne et les propriétés mécaniques de matériaux macromoléculaires amorphes ou semi-cristallins a été le sujet d'études approfondies. Il est bien connu que la pression (ou de façon générale, tout autre force statique) modifie le changement d'état des matériaux, par exemple la vitrification. Cette influence est manifestée par le fait que la température de de transition vitreuse Tg est une fonction de la pression exercée sur le liquide ou sur le caoutchouc lors de la vitrification. La valeur de T reflète g l'état d'instabilité thermocinétique du matériau vitrifié ou du verre. Ceci signifie qu'il est théoriquement possible de condenser cette matière à l'état vitreux à toute température, à condition d'appliquer une pression suffisante pour élever la température de transition vitreuse au moins jusqu'à la température considérée. Ces phénomènes ont été décrits expérimentalement dans la littérature : G. Allen et alois J. Polymer. Sci., C, 23, 127 (1968), W.C. Dale et al.0 J. Appel, Polymer. Sci., 16, 21 (1972), et E. Jones Parry and D. Tabor , J. Materials Sci., 8, 1510 (1973). Cependant, il n'est suggéré nulle part dans ces publications d'appliquer simultanément un effet de vibration couplé un rtt contre de la température dans le but de contrôler et même de "façonner à la demande" les propriétés du matériau. Le brevet de Bogulavsky et al. (U.S Patent nO 3.912.480) décrit un procédé pour recuire le verre en le portant à sa température de recuit, le maintenant à cette température dans un bain de sel fondu a et en le soumettant simultanément à une vibration mécanique de fréquence fixe entre 20-180000 cps, transmise par le sel fondu (dont la viscosité ne dépasse pas 100 cps) au verre. Ce procédé n'est pas destiné à provoquer un changement d'état et il ne s'applique qu'au verrez sans mention d'autres matériaux. Ce sera un objet de l'invention que de réaliser un procédé qui permette de modifier ou de contrôler certaines caractéristiques des matériaux cristallins, semi-cristallins ou amorphes lors d'un changement d'état physique, c'est àmdire du passage de l'état liquide à l'état pâteux, de l'état pâteux à l'état solides de l'état liquide à l'état vitreux, ou inversement. Ce.sera aussi un objet de l'invention de fournir un procédé qui permette de modifier les caractéristiques des matériaux moulables : une meilleure contrainte en tension, une meilleure contrainte en flexion, un meilleur module d'élasticité, une meilleure conductibilité thermique, une meilleure résistance électrique, une plus grande flexibilité, une meilleure résistance à la corrosion chimique, une plus grande dureté superficielle, une meilleure capacité calorifique, une meilleure homogénéité du matériau après le moulage (pas de concentration de contraintes internes), un taux de cristallinité modifié , et un temps de recuit diminué pour stabiliser vers son état d'équilibre le matériau formé. I1 est aussi un autre objet de l'invention de fournir un procédé qui permette de modifier les caractéristiques des matériaux moulés à partir de poudre, granulés, plaques, films que ces matériaux soient des verres, des céramiques, des polymères synthétiques ou naturels, des caoutchoucs, quand on les fait passer d'un état à un autre. I1 est également un autre objet de l'invention de réaliser une machine qui permette de mettre en pratique le procédé susmentionné. D'autres objets et avantages de l'invention deviendront apparents à la lecture de la description ci-après. - DESCRIPTION GENERALE DE LLINVMITION. D'après les caractéristiques de l'invention, il est fourni un procédé qui permet de contrôler dans le sens désirable, donc de modifier ou d'améliorer, certaines caractéristiques physiques d'un matériau cristallin, semi-cristallin ou amorphe lorsqu'il subit un changement d'état, c'est-à-dire lors du passage de l'état liquide à l'état pâteux, de l'état pâteux à l'état solide, de l'état liquide à l'état vitreux, ou inversement, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il inclut un traitement par vibration a programmé en fréquence et en amplitude (ou accélération) au cours de la formation d'objets finis ou-semi-finis, d'une ébauche ou d'un article avec ledit matériau, le traitement précité comprenant de façon simultanée une opération où l'on fait aussi varier la température selon un mode régulé ou contrôlé, opération telle que : moulage, chauffage suivi d'une trempe, recuit, ou toute combinaison possible d'au moins deux de ces opérations. D'après une autre caractéristique de l'invention, ledit traitement peut être superposé à l'action d'une contrainte statique. Le procédé peut être appliqué à des matériaux tels que les polymères sous forme de poudres, de granulés, de plaques ou de films, traités par vibromoulage sous pression, en les portant à une température telle que le matériau est dans un état vitreux, semi-cristallin, caoutchouteux, pâteux, ou fluide (fondu), en leur appliquant une contrainte d'intensité moindre ou égale à celle qui est normalement utilisée pour une opération du même genre conduite sans vibration (c'est le cas du moulage par compression), en les soumettant à une variation de température et de fréquence régulée par un programme qui dépend de la nature du matériau utilisé et de la propriété qu'il est désirable d'améliorer, à une vibration du matériau, à la fréquence programmée comme il a été dit, pour permettre d'induire dans ce dernier des efforts oscillatoires voisins de la contrainte moyenne statique, cette vibration étant appliquée au moins à partir du moment où la température a atteint sa valeur la plus élevée et au plus tard jusqu'au moment où le matériau est revenu à une température choisie (par exemple la température ambiante la fréquence de vibration étant elle-même programmée en fonction de la courbe de refroidissement du matériau et de la nature de ce dernier. Le traitement de pression et de vibration peut être appliqué de manière uniforme surtout le contour extérieur de la matière moulée Par ailleurs a ledit traitement de vibration plus pression peut aussi être appliqué en certains endroits du contour extérieur de la matière moulée par des renflements et des cavités des parois du moule. Les matériaux traités peuvent se présenter initialement sous forme de particules: de poudres, de grains a de films de plaques a laminaires ou non, ou même de structures type sandwich" Dans un autre aspect de lDinvention il est fourni une machine qui permet d'appliquer le procédé tel qu'il est décrit dans 1 t inventione caractérisée en ce qu'elle est constituée par la combinaison d'organes permettant de soumettre le matériau å une température programmée, - appliquer au matériau simultanément une vibration de fréquence programmée pouvant aller jusqu"à 3000 Hza - refroidir le matériau de façon contrôlée, pendant la continuation de la vibration, soit par convection de gaz froid soit par mouillage avec de l'eau ou d'autres fluides. Le traitement peut s'effectuer de façon favorable et préférée entre (-600C) et plus pour les caoutchoucs (dont la transition vitreuse est basse) et 5O00C ou moins pour les polymères à transition vitreuse et point de fusion élevés. De manière préférée, la fréquence peut varier entre 5 Hz et environ 3000 Hz. L'appareil de régulation de la vibration peut être adapté pour permettre d'appliquer une fréquence constante une fréquence variant de façon logarithmique avec le temps, une fréquence variant de façon linéaire avec le temps, ou une fréquence variant de façon programmée en harmonie avec la variation de température du moule. D'après une autre caractéristique de l'invention, la machine peut inclure un moyen pour assujettir le matériau à la pression d'un gaz ou au contraire à un vide poussé au cours du traitement La pression statique appliquée au matériau peut varier de façon programmée (il est généralement plus facile d'appliquer une pression statique avant de commencer le traitement de vibration). D'après une autre caractéristique de l'invention la machine peut inclure un moyen d'appliquer un gradient thermique prédéterminé au matériau au cours du traitement1 le gradient s'appliquant dans la direction de l épaisseur du matériau Dans le but de permettre une meilleure compréhen- sion de l'invention, des exemples de réalisation préférés sont maintenant décrits en se référant aux dessins annexés où - la figure 1 est une présentation sous forme schématique d'un mode de réalisation préféré de l'invention - la figure 2 montre en vue de côté un mode de réalisation de la machine d'après 1 inventionO - la figure 3 est un graphique montrant l'effet du procédé de moulage sous vibrations, d'après 1 invention sur la capacité calorifique d'un polystyrène. - la figure 4 est un graphique montrant l'effet du degré de refroidissement sur les propriétés thermiques d'un polystyrène et, - la figure 5 est un graphique montrant l'effet du procédé de moulage sous vibrations, d'après l'invention sur les courbes de déformation en fonction de la température avec diverses fréquences de vibration sur du polystyrène. Si l'on se référe aux dessins, le vibrateur proprement dit est désigné par la lettre A à la figure 1 et est montré en détails à la figure 2. L'alimentation de champ du vibrateur et le contrôle de la vibration, tel qu'un générateur de fonction sinusoldaleD montrés en B, sont connectés à un amplificateur de puissance C (à semi-conducteurs). Une armoire de contrôle D, permet de surveiller la force moyenne appliquée1 le déplacement moyen, la température et le taux de refroidissement. L'énergie électrique est fournie de l'amplificateur de puissance C au pot vibrant A par le fil 1. Les fils électriques allant à l'armature de la bobine1 à l'alimentation de champ et à l'accéléromètre sont représentés par 1, 2 et 3 respectivement.Le vibrateur est connecté à une turbine de refroidissement à air 53 par l'intermédiaire de la conduite 58. Le vibrateur est connecté via 4 5 6 à 1 armoire de contrôle pour permettre de lire et réguler l'énergie moyenne. l'énergie totale par cycle la différence de phase entre force et élongation et pour la mesure des sorties Contrainte-Elongation Le vibrateur est connecté à une source de refroidissement un ventilateur 53 entraîné par une courroie à une alimentation en fluide refroidissant pour l'amplificateur et et le moule en 54 et à une évacuation de ce fluide en 55 Une pompe à vide et un manomètre sont connectés en 56 et une alimentation en gaz de conditionnement est fournie par la conduite 57 et une conduite d'air 58 relie le ventilateur au vibrateur. Les connexions aux éléments chauffants a aux thermocouples, à la cellule de mesure de la contrainte et à l'élément de mesure du déplacement sont représentés par 4D Sa 6 et 16 respectivement Les lignes électriques 71 8 et 10 sont des connexions d'alimentation de courant. Les lignes 9 et 19 sont utilisées pour conduire les sorties aux tables traçantes et pour amener la sortie des thermocouples au générateur de conversion température-fréquence. I1 est possible d'enregistrer la force moyenne, la force maximale par cycle1 le déplacement moyen1 la différence de phase entre force et déplacement1 la température et la fréquence. Deux vannes, notées et Qb sur la figure 1 contrôlent le refroidissement du moule.La vanne (a permet d'isoler thermiquement la cellule de contrainte et la table vibrante de l'enceinte du moule qui est chauffé ; la vanne Hz permet de conditionner le refroidissement du moule. La vanne 9 est une vanne d'évacuation des fluides refroidissants. La vanne z permet de régler le refroidissement des transistors de l'amplificateur de puissance. Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, les deux parties du moule 21 et 32 et le soufflet 31, sont placés entre la cellule de mesure de force 28 et la plaque support 41, elle-même vissée à la table vibrante 42. Des tiges filetées 22, passent verticalement au travers du bâti 29 et viennent se visser dans la plaque support 41. La rotation de ces tiges 22 permet de comprimer un ensemble de ressorts 11 avec une vitesse contrôlée de variation de pression. Un appareil mecanique 12, conduit soit manuellement (comme sur la figure) soit électriquement est posé sur un plateau qui retient les ressorts, et permet d'appliquer une pression controlée. Cet appareil fait l'objet d'un brevet sépare. Les conduits de refroidissement 23 sont connectés au moule via les vannes d'entrée 24 et débouchent dans l'évacuation par la vanne de sortie 25. Un accéléromètre et son câble sont connectés au moule en 26, les thermocouples et les éléments chauffants en 27. Un des thermocouples est relié au générateur de fréquence.L'élément de mesure du déplacement (non représenté) est rigidement attaché à la table vibrante à l'intérieur du vibrateur 13 et son fil de sortie est indiqué en 30 La machine est conçue et réalisée pour pouvoir fournir aux matériaux traités des conditions de température a de pression (avant l'application de la vibration) et de vibration (fréquence-amplitude) bien spécifiques et programmables Un soufflet métallique flexible 31 permet d'assurer un certain degré de mouvement relatif entre le haut et le bas du moule La matière à traiter est insérée entre ces deux parties du moule.Des éléments chauffants électriques sont insérés dans les deux parties du moule Le refroidissement rapide ou conditionné du moule est rendu possible par conduction de fluides dans des passages percés dans le moule à proximité de la matière à traiter Un excitateur électromagnétique produit le mouvement vibratoire qui détermine l'énergie totale par cycle exercée sur le matériau. Le principe de fonctionnement de l'excitateur électromagnétique n'est autre que celui utilisée dans un hautparleur haute fidélité, étant entendu que dans le cas présent les composants sont plus grands et plus puissants Une cellule de mesure de force 28 est attachée à la partie supérieure du moule 21 pour permettre la lecture directe de la force exercée sur le matériau situé dans le moule. L'autre extrémité de cellule de mesure de force 28 est solidaire du bâti de la machine 29D lui même vissé sur l'armature fixe du vibrateur 13 La sortie 43, de la cellule de mesure de force, est connectée à un capteUr de force1 ce qui permet de lire directement la force exercée sur le matériau Un commutateur sélecteur permet d'afficher soit la force moyenne développée sur l'échantillon (la moyenne de l1onde sinusoidale) soit la force de crête correspondant au déplacement compressif maximum Le bâti 29 permet de relier mécaniquement l'armature du vibrateur 13 à la partie supérieure du moule par l'intermédiaire du capteur de force 28 0 I1 résiste aux forces de l'armas ture du vibrateur 13 et exerce une rétroaction sur le corps du vibrateur Le module d'élasticité du bâti est nettement supérieur au module du matériau à traitera ce qui permet à la partie supérieure du moule de rester immobiles De façon à pouvoir maintenir une pression positive sur le matériau en dépit de la force totale vibratoire imposée par le vibrateur1 un ensemble de ressorts 11 est monté au-dessus du moule et permet d'exercer une pression relativement constante sur le moule Cette force constante est plus grande qu'une demi--onde de la pression sinusoldale. Les forces exercées par les ressorts sont lues directement sur l'indicateur de pression Plusieurs thermocouples sont insérés dans le moule aussi près que possible du matériau (2mm) pour pouvoir mesurer les températures des deux parties du moule Une des sorties des thermocouples est amplifiée et peut servir de signal denturée au générateur de fréquence de la vibration La tension de sortie des autres thermocouples est transmise à un instrument automatique de régulation de la température du moule1 et à un enregistreur yvtO Cet instrument permet la lecture directe et continue sur papier millimétré de la courbe de température de l'échantillon depuis sa mise en place dans le moule jusqu'à son démoulage à la température désirée (exemple la température ambiante) L'appareil est muni d'un servorégulateur électronique (à bande proportionnelle) de la puissance électrique délivrée aux résistances chauffantes Ce dispositif permet d'atteindre une température désirée en un temps minimal et de stabiliser cette température En fonction de la température initiale du moule et de la fréquence de vibration1 le plastique introduit se trouve dans un état physique spécifique L'enceinte du moule a été spécialement dessinée de façon à pouvoir traiter des disques circulaires de 70 mm de diamètre au maximum découpés dans des plaques d'une épaisseur de 2 mm au minimum 3e75 mm au maximum Le diamètre des échantillons peut être réduit à volonté en=dessous de 70 mm Le matériau à traiter peut également être chauffé jusqu'à ce qu'il coule dans le moule et dans le soufflet I1 est par conséquent possible de soumettre au procédé décrit (moulage par vibration) des liquides et des matériaux en fusion La matière à introduire dans le moule ne doit pas excéder 8 a 85 grammes En supposant que les échantillons aient 70 mm de diamètre1 la force totale maximale développée par les ressorts est de 2 000 kgU ce qui permet de produire une pression statique de 2 51 bars sur une section de 38fi48 cm La valeur de la force vibrante qui peut être développée par le vibrateur est fonction de la fréquence de l'onde sinusoidale transmise par la table vibrante Des calculs montrent qu'une pression oscillatoire 2 de + 35 bars1 appliquée sur une surface de 38e48 cm e pouvait être atteinte avec des fréquences pouvant aller jusqu a 200 Hz environ. Donc il était estimé théoriquement que des crêtes de pression de 2 86 bars pouvaient être développées sur une section de 38, 48 cm pour des fréquences jusqu a 200 Hz. L'utilisation d'échantillons de plus faible section permet d'obtenir des pressions plus grandes. La pression maximale (statique et vibratoire) qu'il est donc possible d'atteindre à l'aide de cette réalisation de l'invention est de (51 + 35) bars1 donc 86 bars de pression maximale sur une section de 38, 48 cm20 L'amplitude du déplacement compressif maximum (aux faibles fréquences) est de le4 mm, ce qui correspond à un déplacement relatif de 40 % pour des échantillons d'une épaisseur initiale de 3,75 mm. Le vibrateur peut opérer entre 5 Hz et 3000 Hz, avec la possibilité de pointes rapides pouvant aller jusqu'à 5 000 Hz. Aux fréquences supérieures à 200 Hze en supposant que l'amplitude de vibration est constante1 la théorie prévoit que la force transmise au moule décroît comme le carré de l'inverse de la fréquence (formule de Newton). L'amplitude de vibration peut être abaissée pour permettre une force totale vibratoire constante même aux hautes fréquences En pratique, on a trouvé empiriquement que la masse "apparente" de la cellule posée sur la table vibrante, c'està-dire le rapport de la force transmise au matériau par l'accélération, est fonction de la fréquence. Par expérience, on trouve que le logarithme de la masse apparente est en fait lié linéairement, avec une pente négative qui n'est pas égale à 2, au logarithme de la fréquence. Ce résultat indique simplement que plus la fréquence est élevée, plus il est difficile de transmettre l'énergie vibratoire au matériau traité. La température du moule peut être fixée entre O et 5000C. I1 est possible d'atteindre la température maximale de 5000C à partir de la température ambiante en moins de 15 minutes. Une vitesse de chauffe presque exactement linéaire peut également être fournie par le dispositif de régulation électronique. La vitesse de refroidissement peut être contrôlée. Le taux de refroidissement varie en fonction du temps de refroidissement, de la température et de la nature du fluide utilisé pour refroidir le moule et du débit de ce fluide Tous ces paramètres peuvent être ajustés pour correspondre à un programme de refroidissement spécifique Par exemples le moule peut être chauffé ou refroidi par passage d'eau dans les passages appropriés du moule (température de l'eau 40C700C) cet exemple permet une gamme de vitesse de refroidissement assez important.Le moule peut également être refroidi par passage de gaz turbulent dans les cavités du moule (air ou azote) ce qui démontre que la réalisation d'après l'invention permet un très grand nombre de taux de refroidissement contrôlés La masse totale à vibrer est d'environ 27 kg L'appareil utilisé dans ce prototype a une capacité limite de 1364 kg de force vibrante qui peut être fournie à l'aide d'une accélération égale à 50 fois l'accélération de la pesanteur (9,81 m/s2). Le soufflet métallique qui sert d'enceinte vibrante a des caractéristiques mécaniques qu'il ne faut pas dépasser. En particulier, il ne peut être comprimé au-delà de 1,4 mm lorsque ses joues ne sont pas remplies de matière; par contre lorsque le matériau en fusion ou le liquide présent remplit les joues du soufflet, la matière communique aux parois de ce soufflet sa pression et ses variations de pression ; dans ce cas la valeur limite de compression est seulement de 0,89.mi. L'amplificateur de puissance est un amplificateur à semi-conducteurs comprenant 4 modules de 60 transistors chacun. L'amplificateur peut être considéré comme l'élément principal du système vibratoire électromagnétique. I1 peut délivrer jusqu'à 8 KW de vibration sinusoldale à toute fréquence de 5 à 3000 Hz (avec possibilité de pointes rapides jusqu'à 5000 Hz) Les transistors fournissent une sortie de 115 volts! 70 Amp à partir d'un signal à bas voltage (6 volts efficace maximum) L'amplificateur de puissance nécessite du courant triphasé de 380 50 Hz, tout comme la turbine de refroidissement à air pulsé et l'alimentation 'de champ magnétique de la bobine.La puissance totale pour faire fonctionner le système de vibration est de 28 K-A directement fourni par le secteur Le courant utilisé pour les étages amplificateurs à bas niveau et les circuits de contrôle se fait en 110 V, 50 Hz monophasé accessible à partir d'un transformateur monté dans l'armoire de l'amplificateur La puissance totale en 220 volts monophasés D requise pour alimenter les 3 KVA du tableau de commande D de la figure 1 sert à alimenter les éléments de chauffants. les instruments de mesure et de lecture de la force- du déplacement de la phase et de la température. Le vibrateur est refroidi par air à l'aide d'une turbine centrifuge Le vibrateur nécessite également une source de courant continu pour la création d'un champ magnétique intense dans l'entrefer. Ce champ est crée par l'alimentation de champ dont la sortie est de 190 Volts 40 Ampères Le panneau de contrôle de l'amplificateur est monté en une seule pièce avec l'amplificateur g il contient tous les boutons de mise en marche de contrôle de gaina les lampes indicatrices et les verrouillages de sécurité nécessaires au fonctionnement rationnel de cette unité Cette armoire est adjacente à l'armoire qui abrite l'alimentation de champ et le servo-sinus (la commande d'ondes sinusoldales) La source de signal à bas niveau est le centre de commande d'ondes sinusoidales Celui==ci est monté dans la même armoire que l'alimentation de champ I1 contient tous les circuits nécessaires pour engendrer le signal de courant alternatif à bas niveau la surveillance du niveau d'accélération, de lzamplitude, de la vitesse etc L'eau de refroidissement est fournie aux plaques des transistors avec un débit de 12 litres/minute dans le but de les refroidir L'eau de refroidissement peut également être utilisée pour refroidir le moule situé sur le vibrateur Le dispositif d'isolation pneumatioue du vibrateur nécessite de l'air comprimé sous 6 bars environ L'interconnexion entre le vibrateur et l'amplificateur de puissance et entre la turbine de refroidissement (ventilateur) et l'amplificateur de puissance se fait au moyen de cabales électriquesr pour le ventilateur (4 fils)a le champ (2 fils) l'armature de la bobine (2 fils), les commutateurs de sécurité en déplacement (3 fils) et l'accéléromètre (fil coaxial) D'autres fils conducteurs sont requis pour les éléments chauffants les thermocouples, la cellule de mesure de la contrainte l'élément de mesure du déplacement (LVDT) et le générateur de fréquence programmée La fréquence de vibration peut être programmée pendant l'opération de moulage soit selon une loi fréquence-temps bien spécifique1 soit par l'intermédiaire d'un convertisseur électroniquep Température-Fréquence conçu à cet effet. Dans ce dernier cas, la tension en millivolt d'un des thermocouples est amplifiée et compensée de manière continue et sert dgentrée de signal au "Convertisseur Température=Fréquencei' (CoToF ) Des détails concernant une réalisation de cette unité C.T.F sont fournis dans une demande de brevet séparé Les caractéristiques de la fonction : fréquence-temps, ou les réglages de l'unité C.T.F. dépendent de la nature chimique du matériau traité a du comportement rhéologique dans l'intervalle de température qui couvre le changement d'état, et du choix de la propriété macroscopique qu'il est le plus désirable d'améliorer. L'armoire de contrôle (D à la figure 1) contient les circuits fournissant la puissance électrique aux éléments chauffants, un régulateur et enregistreur de température1 et un appareil de lecture de force, utilisé en conjonction avec l'appareil de mesure de la force. Les commandes pour cette armoire sont indépendantes des commandes de l'amplificateur qui est d'ailleurs situé dans une autre armoire. La puissance totale requise pour l'appareil est obtenue à partir de lignes triphasées a 380 volts1 50 Hz, protégées par un contacteur-déconnecteur général de lOOA. L'énergie disponible sous cette tension est utilisée pour les parties primaires du transformateur1 pour l'amplificateur de puissance1 pour l'alimentation de puissance de l'armature du pot vibrant pour l'alimentation de champ, ainsi que pour le moteur de 3CV utilisé pour la turbine de ventilation du vibrateur. Les solénoldes des divers contacteurs qui commu- tent la puissance de tension de ligne nécessitent du 115 V, 50 Hz monophasés. Ceci est obtenu à l'aide d'un transformateur abaisseur de tension et d'un commutateur de déconnexion par fusible. La plupart des circuits de commande exige du 24 Volts à courant continu pour alimenter les petits relais D les cbmmandes de relais à semi-conducteurs et les lampes témoins Cette puissance est obtenue à partir d'une source de 115 V au moyen d'un transformateur-abaisseur de tension de redresseurs à diode et d'un filtre condensateur, D'autres circuits pour l'électronique à semiconducteurs exigent trois alimentations régulées à + 15 Va une alimentation régulée à diode Zener à +15 V continua une alimentation non régulée de 24 V continua et une alimentation régulée à diode Zener à 5 V continu Ainsi il existe 6 alimentations en courant continu séparées- pour les contrôles, L'alimentation de puissance de l'amplificateur convertit le courant alternatif 380 V triphasén 50 Hzd en courant continu 115 Volts L'alimentation de puissance de champs convertit le courant alternatif 380 VD 50 Hz triphasé a en courant continu 190 V à 40 A Ces deux alimentations utilisent des transformateursabaisseurs de tension et des diodes au silicium dans des circuits redresseurs à pont classiques. L'alimentation de l amplificateur de puissance est exceptionnellement bien filtrée. Dans le but d'illustrer les avantages multiples du procédé e on décrit de façon non-exhaustive quelques exemples d'application du procédé de l'invention Les résultats qui suivent montrent les effets de traitements vibratoires d'après l'invention sur les propriétés physiques des matériaux moulés Exemple 1 L'effet du traitement vibratoire sur la capacité calorifique d'un Polystyrène (PS) est étudié à l'aide d'une cellule Dupont 990 d'un calorimètre différentiel La figure 3 donne les résultats pour deux types de traitement différents Pour chaque traitement a la courbe de référence correspond à un échantillon refroidi dans les mêmes conditions à par la vibration ; par conté quint, la courbe de référence correspond à un échantillon moulé de façon classique par compression. Pour toutes les courbes de la figure 3a la vitesse de chauffage de la cellule DSC est la même et égale à 200C/minute En ce qui concerne le traitement d'en haut de la figure 3, l'échantillon de PS est initialement un disque découpé d'une plaque du matériau placé dans le moulez chauffé à (T + 300C)a g c'est-àzdire à 1350C et maintenu à cette température constante Une pression statique de l4a8 bars est appliquée à léchantillon, puis la vibration est mise en marche : l'onde sinusoldale est initialement de 15 Hertz. l'amplitude de crête à crête de 012 mm en déformation Quand le moule est refroidi rapidement pour tremper l'échantillon la fréquence de vibration s'accrolt suivant la loi f (Hz) = 15e(t/5) lkamplitude de la vibration est maintenue constante Le traitement vibratoire est arrêté lorsque la température de l'échantillon atteint 980C. L'échantillon continue de se refroidir sans vibration. L'échantillon de référence de la figure 3 (courbe du haut) est refroidi dans les mêmes conditions, mais il n'est pas appliqué de vibrations au cours du refroidissement. Les thermogrammes de l'échantillon traité et de l'échantillon non traité illustrent bien les différences de capait; calorifique des deux échantillons.Alors que les deux échantillons, traité ou non traité, se comportent de façon classique par.la présence d'une endotherme à la température de transition.vitreuseD ils se distinguent nettement pour ce qui est des caractéristiques thermiques post-transitoires. La capacité calorifique de l'échantillon traité revient, après que l'endotherme T.g soit passé, à une valeur qui g est approximativement égale à la capacité calorifique extrapolée (à la température correspondante) à partir de la zone de température précédant Tg ( T T ). g Donc l'échantillon qui a été "vitro-moulé" possède des caractéristiques thermiques à la température ambiante (après le traitement) qui peuvent être extrapolés du comportement thermique après Tgw où il est bien connu que le polymère est en état d'équilibre. Cela signifie que l'échantillon traité se comporte en-dessous de T g comme un échantillon qui a atteint son état d'équilibre, c'est-à-dire comme un échantillon qui a été longuement recuit. La capacité calorifique de l'échantillon nontraité (échantillon de référence) se stabilise à un certain niveau après l'endotherme, montrant une grande différence de capacité calorifique entre l'état vitreux (T Tg) Ce comportement est typique d'un échantillon trempé, tel qu'on le voit plus clairement à la figure 4.Dans cette figure, un échantillon de PS est refroidi sous 40 bars de pression statique à trois vitesses de refroidissement (800C/min ; 20C/min ; O,SoC/min), La température du début de trempe à l'état caoutchouteux est de 1350C. I1 est clair que l'échantillon vibro-moulé de la figure 3 (en haut) présente les mêmes caractéristiques que l'échantillon refroidi le plus lentement (trace la plus basse à la figure 4), alors qu'il a été en fait soumis à une trempe sévère Cet exemple démontre donc que l'application du traitement vibratoire d'après l'invention, appliqué lors du refroidissement, permet de contrôler et d'améliorer l'état d'équilibre du produit vitreux formé, c'est-à-dire d'améliorer l'avantage de la rapidité de la technique de trempe.Le procédé permet également de supprimer les traitements thermiques secondaires post-opératoires (tels. que recuits). qui sont toujours longs et coûteux bien que couramment utilisés pour relâcher dans le verre formé les contraintes internes ou thermiques créées lors de l'opération de trempe Exemple 2 Le deuxième échantillon de la figure 3 (échantillon d'en bas), est un autre polystyrène trempé à partir de la température de l'état caQutchouteux (avec une vitesse de 800C/min) alors qu'on lui applique une vibration. La pression statique moyenne appliquée à l'échantillon est de 15 bars ; la température initiale est de 1200C. La fréquence de vibration est de 100 Hz et reste constante lors du refroidissement.L'onde de pression sinusodale est P = 15 + 8,7 arsin (21C x 100 t)7, P étant éxprimé en bar., t étant le temps en secondes. La vibration est interrompue quand la température de l'échantillon atteint 800C. Les thermogrammes de l'échantillon ainsi traité et d'un échantillon refroidi selon les mêmes conditions, mais sans vibration, sont montrés en figure 3 (bas de la figure). Là encore, les comportements thermiques des deux échantillons,(l'un traité, l'autre pas) sont nettement différents. Les caractéristiques du pic endothermique à T g sont plus complexes pour l'échantillon traité que pour l'échantillon de référence. En particulier, l'endotherme est large pour l'échantillon traité, s'étendant sur plus de 400C en température. Les propriétés mécaniques en tension et en flexion des échantillons traités et non traités ont été étudiées en se conformant aux normes ASTM D790 (I), ASTM D638-68 et 1) Résultats de flexion A : Echantillon traité 2 Contrainte à la rupture : 940 kg/cm (dispersion : 5 %) Pourcentage d'élongation maximale : (4,2 + 0,2) % 2 Module de flexion . 27601 kg/cm (dispersion : 5 %) B : Echantillon non-traité Contrainte à la rupture : 696 kg/cm2 (dispersion 4 %) Pourcentage d'élongation maximale : (2,7 + 0,3) % Module de flexion : 26611 kg/cm2 (dispersion 6 %) 2) Résultats en tension A :Echantillon traité Résistance à la traction: 421 kg/cm2 (dispersion 7 %) Pourcentage d'élongation à la rupture : (2,4 - 3) % Contrainte d'écoulement : (313. 2 (dispersion: 2 %). Pourcentage d'élongation à l'écoulement : (1,6 - 2) % Module en tension : 25853 2 (dispersion 5 %) B. : Echantillon non-traité 2 . Résistance à la traction: 350 kg/cm (dispersion 4 %) Pourcentage d'élongation à la rupture : (1,5 - 2) % e Contrainte d'écoulement : pas d'écoulement Pourcentage d'élongation à l'écoulement : pas d'écoulement . Module en tension : 11031 kg/cm2 (dispersion : 5 % ) Ces résultats sont issus d'une étude à partir d'une population statistique de 4 échantillons par traitement. La dispersion est égale au rapport de la déviation standard et de la valeur moyenne. Les résultats précédents démontrent que les propriétés mécaniques des échantillons vibro-moulés sont meilleures que celles des échantillons témoins, en particulier en ce qui concerne la résistance à la traction, le pourcentage d'élongation maximale et le module. En flexion, par exemple, la résistance à la traction des échantillons vibro-moulés selon les caractéristiques vibratoires précédentes, est 35 % plus grande et le pourcentage d'élongation 50 % plus grand que pour les échantillons nontraités. C'est également vrai, mais à un moindre degré, pour les résultats en tension. Cet exemple démontre à nouveau que le spécimen soumis au traitement vibratoire précédemment décrit au cours de son refroidissement, est mécaniquement supérieure au spécimen non traité, en particulier en flexion. Exemple 3 : Effet sur la déformation des matériaux. L'objectif est ici de démontrer que l'application du traitement vibratoire à un polymère amorphes à l'état vitreux, ramollit le matériau au point de favoriser son aptitude à la déformation. Le matériau utilisé est à nouveau du Polystyrène, découpé à partir de plaques sous forme de disques plats L'échantillon non-traité qui sert d'échantillon de référence1 est soumis à une pression plane de 630 bars (à la température ambiante) (l'échantillon peut couler latéralement). La température s'accroît suivant une loi linéaire du temps On mesure la déformation de l'échantillon dans la direction d'application de la pression d'écrasement, et on enregistre directement sur table traçante la déformation du spécimen en fonction de la température. Cette courbe permet de caractériser l'aptitude à la déformation du matériau soumis à une pression statique. Les échantillons traités sont soumis à une pression vibratoire égale à P = 470 + 160 rsin(27C i0 o tg où P est exprimé en bars }0 est la fréquence en Hertz t est le temps en secondes.La pression non statique est appliquée à partir d'une température de 500C La vitesse de chauffage du moule est identique pour tous les échantil longs. On compare à la figure 5 les courbes Déformation-Température obtenues à partir d'échantillons comprimés sous pression constante ou sous pression vibratoire. Pour tous les échantillons1 la pression maximale est la même, à savoir 630 bars La pression moyenne appliquée aux spécimens traités est de 470 bars, c'est-à-dire 34 % de moins que la pression statique agissant sur le spécimen de référence. La figure 5 montre l'effet notable de la fréquence de vibration sur la température de ramollissement (la fréquence est maintenue constante pendant la durée du test). I1 ressort nettement de la figure 5 que l'effet de l'application d'une vibration au cours de l'échauffement du matériau a une influence considérable sur l'aptitude à déformer le matériau sous charge. Par exemple la température de ramollisse ment est plus basse d'environ 300C pour l'échantillon vibré à 50 Hz.Par conséquente la même déformation est obtenue à la même température sous l influence d'une charge totale nettement moins importante qu'avec l'application d'une pression non-vibratoire La figure 5 montre également que à pression totale ou moyenne constante1 l'effet de la fréquence de vibration naest pas évident à analyser. I1 semble qu'il y ait optimisationdes effets du traitement lorsque la fréquence de vibration se situe aux alentours de 50-60 Hzo Quelle que soit l'interprétation de ce dernier phénomène il apparaît clair que l'utilisation d'une pression vibratoire lors de traitements mécaniques qui exigent une bonne déformabilité aux basses températures (T Exemple 4 : Réduction de la biréfringence et des contraintes thermiques après formage Le matériau utilisé est à nouveau du Polystyrène1 découpé comme précédemment en disques plats à partir de plaques de 2 mm d 'épaisseur L'échantillon de référence est chauffé1 au-delà de sa température de transition vitreuse, jusqu'à une température de 1400C. Une pression plate de 600 bars est appliquée à cette température et le moule est trempé rapidement. Le spécimen s'aplatit pendant cette expérience son son épaisseur est fortement diminuée et son diamètre accru en proportions. I1 est optiquement transparent, mais la transparence est médiocre1 la transmission de la lumière ne se faisant pas de manière isotrope.L'échantillon, vu entre deux polariseurs croisés, révèle cette anisotropie optique par la présence de franges de biréfringence à symétrie radiale (isochromes concentriques et croix de Malte isoclinique). L'échantillon traité est géométriquement identique au précédent. On le chauffe à la même température de 14O0C sans pression. Puis on lui applique une pression vibratoire égale à P = 450 + 150 arsin (2 100 t) , bars; et le moule est rapidement trempé comme pour l'échantillon témoin. Le spécimen est soumis à chaque cycle, à la même pression totale de 600 bars que l'échantillon témoin. Les propriétés optiques de l'échantillon traité sont excellentes. I1 n'y a pas de frange de biréfringence dans le plan du disque traité. L'échantillon apparaît totalement noir lorsqu'il est placé entre deux polariseurs croisés. En conclusion, il apparaît que l'effet de la vibration lors du refroidissement est d'éliminer les contraintes internes ou thermiques dues au traitement thermomécanique. Les propriétés optiques sont améliorées parle traitement vibratoire. Exemple 5 : Moulage par compression de granules avec vibration. Les granules de Polystyrène utilisées ont été obtenues auprès de Dow Chemical Company (lot PS-S-108)o Les échantillons de référence du type A - décrit ci-dessous- ont été préparés de de la manière suivante 1) Mettre 8,85 g de granules de PS dans l'enceinte du moule et le soufflet. 2) Chauffer le moule aussi rapidement que possible jusqu'à 210C (7 minutes sont nécessaires dans le cas de la réalisation d'après l'invention). Pendant ce laps de temps1 appliquer un vide de 4 x 10 2 torrs à l'enceinte du moule contenant les granules. 3) Appliquer au moule une pression statique de 30 bars (1 minute). 4) Maintenir le moule à 2100C pendant respectivement 1 minute, 3 minutes et 5 minutes. 5) Tremper le moule avec de l'eau froide jusqu'à la température ambiante. La pression est supprimée, lorsque la température du moule atteint 500C. Une autre série d'échantillons est traitée différemment et sert de spécimens de références du type B 1 et 2) : comme précédemment. 3) Appliquer une pression de 30 bars lorsque la température atteint lO00C, et maintenir cette pression pendant le reste du temps de moulage 4 et 5 ) : Comme précédemment. Les échantillons traités sont pour leur part soumis aux conditions suivantes 1 et 2 ) : comme précédemment puis quand la température de l'échantillon atteint 1000C, on lui applique un traitement vibratoire corres pondant aux caractéristiques suivantes Fréquence minimale 5 Hz Fréquence maximale 3000 Hz - Temps de balayage en fréquence de 5 Hz à 3000 Hz 30 secondes. . Appliquer des cycles de vibration de fréquences variables entre 5 Hz et 3000 Hz, la loi de variation de la fréquence avec le temps étant de nature loga rithmique. La pression moyenne appliquée est de 224 bars . Tremper le moule lorsque la température de l'échan- tillonatteint 2100C et arrêter de vibrer lorsque la température de l'échantillon atteint 500cor On a inscrit dans le tableau qui suit le temps total du moulage et l'aspect qualitatif des échantillons quant à la présence de bulles ou non. : Références du type : Références du type échantil : lons A B traités : 1 : 2 3 : 1 2 : 3 Temps de :10 min :12 min:l5min:l0 min:l2 min:l5min : 9 min moulage : : : : : : Bulles beau- quel- .aucu-. quel 3 .aucune. aucune coup 'ques 'ne ques bulles: unes unes I1 apparaît clairement qu'une qualité supplémentaire de l'application du traitement de vibration lors du moulage outre l'implication sur les propriétés mécaniques et optiques précédemment décrites, est la réduction du temps de moulage pour accéder à un produit fini exempt de bulles. Le temps total passé dans le moule est nettement plus court pour obtenir des produits de qualité supérieure lorsque le traitement d'après l'invention est appliqué. REVENDICATIONS 10) Procédé permettant de contrôler et d'améliorer certaines caractéristiques d'un. matériau cristallin, semi-cristallin ou amorphe au cours d'une transformation de son état physique, caractérisé en ce qu'au cours du passage de l'état liquide à l'état pâteux, de l'état pâteux à l'état solide de l'état liquide à l'état vitreux ou inversement, l'on applique un traitement de vibration dont la fréquence, et l'amplitude (ou l'accélération) sont programmées, ledit traitement comprenant simultanément une opération où la température varie de façon contrôlée. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement est effectué au cours de la réalisation de produits finis ou partiellement finis, d'une ébauche, ou d'un objet à partir du matériau. 30) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la transformation d'état physique est un moulage, un chauffage suivi d'une trempe, une trempe directe, un recuit, ou une combinaison d'au moins deux de ces opérations. 40) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de vibration se superpose à l'application d'une contrainte statique. 50) Procédé suivant la revendication 4 dans lequel on fait subir à des résines polymères un moulage, le matériau résineux se présentant sous forme de poudre, de granules, de plaques ou de feuilles, de matières composites ou de matériaux laminaires, caractérisé en ce que : - l'on chauffe à une température telle que le matériau soit dans un état vitreux, semicristallin, caoutchouteux, pâteux (zone caoutchoutique) ou fluide (zone fondue), - l'on applique une contrainte d'intensité inférieure ou égale à celle que l'on utilise ordinairement pour une opération du même genre effectuée sans vibration (par exemple moulage par compression), - on fait varier la température contrôlée suivant un programme dépendant de la nature du matériau utilisé afin d'améliorer certaines propriétés de ce dernier, - on soumet le matériau à une vibration qui détermine dans celui-ci des efforts oscillants autour de la contrainte moyenne statique, cette vibration étant appliquée au moins à partir du moment où la température a atteint sa température la plus élevée, et au plus tard jusqu'au moment où le matériau est revenu à une température désirée (par exemple la température ambiante), la fréquence de vibration étant programmée en tenant compte de la courbe de refroidissement et de la nature du matériau 60) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la vibration et la pression sont réparties uniformément sur tout le contour extérieur de la matière moulée 70) Procédé suivant la revendication 5 caractérisé en ce que la vibration et la force statique sont localisés à certains endroits du contour extérieur de la matière moulée au moyen de parois de moule comportant des renflements et/ou des cavités 80) Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ladite température peut varier entre 100 environ et 5000C environ 90) Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la fréquence peut varier entre 5 Hz environ et 3000 Hz environ. 100).Machine destinée à appliquer le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractériséeen ce qu'elle est constituée par la combinaison d'organes permettant de soumettre le matériau à une température programmée a - appliquer au matériau simultanément une vibration de fréquence programmée pouvant aller jusqu'à 3000 Hz, - refroidir le matériau de façon contrôlée, pendant la continuation de la vibrationa soit par convection de gaz froid, soit par mouillage avec de l'eau ou d'autres fluides. 110) Machine suivant la revendication 10 caractériséeen ce qu'elle comprend des accessoires permettant de mouler le matériau. 120) Machine suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle est adaptée pour que l'on puisse maintenir constante la fréquence de vibration. 130) Machine suivant la revendication 10 caractérisée en ce qu'elle est adaptée pour faire subir à la fréquence de vibration une variation logarithmique. 140) Machine suivant la revendication 10e capacité risée en ce qu'elle est adaptée pour faire subir à la fréquence de vibration une variation linéaire. 150) Machine suivant la revendication 10 capacité risée en ce que la fréquence de vibration subit une variation programmée en fonction de la variation de la température du moule. 160) Machine suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le matériau est soumis à la pression d'un gaz au cours du traitement. 170) Machine suivant la revendication 19, caractérisée en ce que le matériau est mis sous vide au cours du traitement. 180) Machine suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'une pression statique peut être appliquée au matériau selon un programme pré-établi de mise en charge ou de décharge. 190) Machine suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la température peut rester constante pendant que le matériau subit la vibration (recuits dynamiques). 200) Machine suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la température du matériau peut varier dans l'épaisseur par application d'un gradient thermique déterminé.