Brevet FR2489738A1 — publié le 19820312

La présente invention est relative à des nouveaux moules conçus pour la fabrication d'objets en matières plastiques non polaires, expansées, à l'aide de rayonnement ultra-haute fréquence (UHF). Les ondes UHF, que l'on dénomme couramment les micro- ondes et qui se situent entre environ 300 MHZ et 30 GHZ,sont actuellement très largement appliquées, aussi bien dans le do- maine médical que dans le domaine scientifique ou industriel. Cette énergie est instantanément disponible, elle se propage dans toutes les atmosphères (sous vide, sous pression, en ambiance froide, chaude ou ventilée, etc...), elle est également d'un asservissement extrêmement aisé. Le principe en est fort simple: l'application d'un champ électrique continu à une matière électriquement suscepti- ble, aligne les molécules de ladite matière parallèlement au champ comme s'il s'agissait de micro-aimants. Dans un champ électrique alternatif à très haute fréquence, les aimants-molécules ne peuvent pas suivre les lignes de champs du fait des forces d'inertie. C'est donc en heurtant ces forces d'inertie que l'énergie "micro-ondes" se transforme en chaleur. Par contre, lorsque la matière traitée est électriquement neutre, les micro-ondes la traversent, comme si elle n'existait pas: on dit qu'elle est transparente. Aussi, on a essayé d'utiliser cette forme d'énergie parti- culièrement économe et d'une grande sélectivité, - permet- tant une action spécifique sur une cible donnée - dans le domaine de la fabrication de matières plastiques expansées. Ainsi, en humectant une matière plastique non polaire (donc transparente au rayonnement UHF) sous forme de particules contenant un agent de gonflement, avec un liquide polaire, et en soumettant ces particules ainsi humectées à un rayon- nement UHF, on réalise d'une manière élégante et économique des matières plastiques expansées (cf. notamment les Brevets de la Demanderesse n0 76 01049 et n0 76 31899).Une telle techn que constitue un progrès considérable par rapport aux techni- ques de tranformation traditionnelles, constitant à introduire dans ur moule une certaine quantité de produits non expansés et à faire pénétrer ensuite de la vapeur d'eau sous pression, à une température suffisante pour apporter les calories néces- saires au déclenchement du processus d'expansion. Ce procédé de moulage à l'aide de micro-ondes présente, toutefois, encore un inconvénient: les moules uti- lisés s o nt des moules classiques, faits dans une matière transparente au rayonnement UHF (ou absorbant très peu ce rayonnement), ce qui a pour conséquence une absence d'homogénéité du chauffage et un accroissement des dépenses en énergie, dû au fait qu'il est nécessaire de réchauffer les parois du moule lors de chaque cycle de moulage. Cet inconvénient a pu être surmonté grâce à un nouveau disposi- tif mis au point par la Demanderesse (cf. le Brevet Fran- cais no 77 27302), lequel dispositif comprend un moule dont l'empreinte est réalisée 'en un matériau présentant des pertes diélectriques élevées, absorbant le rayonnement UHF, tandis que le corps lui-même dudit moule est réalisé en un matériau non absorbant du rayonnement UHF. Ces procédés et dispositifs particulièrement avanta- geux, ne nécessitant aucun circuit capacitif, permettant l'utilisation de tensions peu élevées et assurant une grande homogénéité des matières plastiques expansées, moulées, ob- tenues, ont été à coupe sûr à? l'origine du développement très im- portant des mousses plastiques. Toutefois, on s'est aperçu que la nécessité d'avoir des empreintes présentant des ca- ractéristiques électriques très précises, faisait obliga- tion d'incorporer auxdites empreintes des additifs possédant des facteurs de pertes linéaires avec la température. Ces additifs (comme par exemple le charbon, l'oxyde de titane, le titanate de baryum, etc...) s ont souvent coûteux, la préparation desdites empreintes toujours difficile, et, de plus, les caractéristiques mécaniques desdites empreintes 1 a i s sent parfois à désirer. Aussi, des nouveaux moules ont été proposés en un matériau à angle de perte faible ou nul, e t dont l'empreinte e s t réalisée en matière poreuse. La nature poreuse de cette empreinte!, fait que si ladite empreinte es t transparente au rayonnement UHF à sec, elle absorbe, au contraire, le rayonnement UHF dès l'addition d'un liquide polaire, car ce liquide est absorbé par les -5 pores de ladite empreinte (cf. en particulier le Brevet de la Demanderesse n0 78 32338 ainsi que le Brevet Français 1 508 963 de R.B. BUONAIUTO). Ces moules à empreinte poreuse so n t d'une conception simple et ne nécessitent aucun additif absorbant le rayonnement UHF. Toutefois, après plusieurs années de fonctionnement, on s'est aperçu du phénomène suivant: le gradient thermi- que dans la masse poreuse (par exemple la paroi en cérami- que) étant inversé par rapport à un chauffage classique, il en découle que la pression de la vapeur d'eau (ou d'ure autre substance polaire) formée par la transformation de l'éner- gie électromagnétique en chaleur, est plus importante à l'intérieur que sur la surface de ladite paroi poreuse. Il en résulte qu'au début de chauffage, alors que la vaporisa- tion est déjà commencée à l'intérieur, les couches superfi- cielles sont encore en phase liquide. La pression à l'inté- rieur de la masse poreuse étant plus forte qu'à la surface, - et comme les structures poreuses de toutes les empreintes et parois utilisées jusqu'à maintenant sont monolithiques -, cette pression de la vapeur d'eau,provenant de l'intérieur de la masse poreuse, empêche la réabsorption équilibrée de l'eau se trouvant sur la surface ou condensée sur la surfa- ce de la paroi ou de l'empreinte, au contact de la mousse plastique. Autrement dit, la pression capillaire de toutes les empreintes et parois poreuses des moules utilisées jusqu'ici étant plus faible que la pression de la vapeur d'e (ou d'une autre substance polaire provenant de l'intérieur de la masse poreuse, le recyclage et la réabsorption de l'eau (ou d'une autre substance polaire) condensée sur les - surfaces des parois et au contact avec la mousse plastique, se trouvent ainsi,grandement perturbés.Pour éviter cet in- convénient,on est actuellement obligé soit d'arrêter de 24.89738 temps en temps le chauffage pour permettre la réabsorption convenable de l'eau condensée, soit d'introduire un chauf- fage supplémentaire (comme c'est le cas du Brevet Français 1 508 963) pour évaporer complètement l'eau condensée. Dans les deux cas, il y a à déplorer l'augmentation du coût de revient du moulage,qui peut atteindre des proportions non négligeables. C'est précisément pour remédier à cet état de choses que la présente invention s'est assigné comme but de pourvoir à un nouveau moule pour la fabrica- tion des matières plastiques expansées qui répond mieux aux nécessités de la pratique que les moule à empreinte poreuse antérieurement connus (comme par exemple ceux décrits dans les Brevets Français 78 32338 et 1 508 963), notamment en ce qu'il permet une économie substantielle d'énergie et en ce qu'il permet un raccourcissement considérable du cycle de fabrication. La présente invention a pour objet un nouveau moule pour la fabrication d'objets en matières plastiques non po- laires; expansées, à l'aide du rayonnement UHF, caractérisé en ce qu'il contient une empreinte en matière poreuse qui n'est pas monolithique, mais, au contraire, constituée par des zones B à forces capillaires élevées et par des zones A à forces capil- laires faibles pour les liquides. Le fait de créer sur la surface de l'empreinte d'une part des zones dont les forces capillaires sont grandes pour acheminer l'eau condensée sur la surface vers l'intérieur (pour remplacer celle qui s'évapore) et,d'autre part, des zones à faible capillarité pour les liquides, mais lais- sant s'échapper la vapeur formée à l'intérieur même de l'em- preinte,permet une circulation harmonieuse eau-vapeur sans interrompre le processus de moulage et ne nécessitant pas l'apport de calories supplémentaires. A la connaissance de la Demanderesse, ce fait n'a jamais encore été réalisé jusqu'à maintenant. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux du moule objet de la présente invention, le rap- port de surfaces des zones A et les zones B est cnoisi en fonction de l'objet (épaisseur et surface) à mouler. Un autre avantage,très important,de l'invention consis- te en ce qu'on peut régler et ajuster le débit de la vapeur selon les objets,en choisissant des empreintes dont le rap- port zones A/zones B soit approprié. Suivant une modalité particulière de ce mode de réa- A 1 lisation, le rapport des surfaces B est compris entre g.- a 50 B9 f-0 et de préférence égal à 50- C'est précisément lorsque le rapport -B =-UAn que l'on obtient (pour une puissance UHF constante) le meilleur taux d'humidité résiduelle dans la mousse plastique, et le plus fort taux d'émission de vapeur. Conformément à l'invention, l'empreinte du moule est revêtue d'une couche imperméable,du côté jouxtant le corps du moule. Conformément à l'invention, l'empreinte du moule est formée d'une pluralité de modules, ou mini-empreintes juxtaposées, de tailles et de formes voulues, cha- cun de ces petits modules conservant le même rapport des surfaces AB que l'ensemble de l'empreinte. Cette variante conforme à l'invention, est particu- lèrement avantageuse: les moules ainsi construits sont moins lourds et beaucoup plus résistants mécaniquement (les empreintes poreuses de grande surface sont très fragi- les). De plus, il est très facile de former des empreintes de dimensions et formes voulues pour tous les objets moulés désirés, par simple juxtaposition desdits modules sur le corps du moule. La présente invention a également pour objet un pro- cédé de moulage d' objets en matièrE plastiques expansées, caractérisé en ce que l'on prépare un moule de forme et de dimension appropriées, en choisissant un rapport convena- ble entre les surfaces des zones A et B de l'empreinteselon la taille et l'épaisseur des objets à mouler,en ce que l'on répartit dans l'empreinte la quantité appropriée du liqui- de polaire, et en ce que dèsl'absorption par l'empreinte poreuse dudit liquide polaire, on ferme le moule, on y introduit la matière plastique préexpansée et en ce que l'on soumet l'ensemble au rayonnement UHF. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, caractéristiques et avantages, qui ressortiront de la description qui va sui- vre. La présente invention vise plus particulièrement les moules pour la fabrication des matières plastiques ex- pansées, conformes aux dispositions qui précèdent, ainsi que tous installations, procédés d'ensemble et chaînes de fabrication d'objets moulés en matière plastique expansi- ble, dans lesquels sont inclus les dispositifs conformes à la présente invention, et, également, les objets en mousse plastique obtenus à l'aide des moules et installations con- formes à la présente invention. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins et courbes annexés représentant un moule et une em- preinte conformes à l'invention et leurs caractéristiques. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces des- sins et courbes sont donnés uniquement à titre d'illustra- tion de l'objet de l'invention et n'en constituent en au- cune manière une limitation. La figure 1 représente une coupe de l'empreinte 1 on y distingue nettement les zones B (zone à forces capil- laires élevées pour le liquide 2) et les zones A (lieux de passages préférentiels pour la vapeur 3), C étant la couche imper- méabilisée de l'empreinte 1 qui jouxte le corps du moule. Comme pour tous les chauffages à l'aide de micro-ondes, le gradient thermique est inversé, la formation de la vapeur prend naissance sur la ligne médiane G. Du fait de la dif- férence de structure entre les zones A et B, la vapeur 3 s'échappera plus facilement, par les conduits en matériau A. Inversement, le condensat qui se trouve sur la surface de l'empreinte 1 ou au contact des perles 4 de la matière plastique, s'ab- sorbera plus facilement à'travers les zones B. Cette struc- ture composite de l'empreinte 1 permet la réabsorption équilibrée de l'eau (ou d'un autre liquide polaire) con- densée et partant, le déroulement harmonieux de l'opéra- tion de moulage. La figure 2 représente quelques formes que peuvent prendre les modules:ronde, carrée, triangulaire. D'autres formes sont, bien entendu, possibles. Par la juxtaposition de ces modules, on peut créer une empreinte de forme et de surface voulues. Chacun de ces modules est une mini- empreinte dotée de deux zones A et B à forces capillaires différentes. La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un moule pour mouler des taloches à ciment 5. Le moule, dont seulement la partie femelle 6 est représentée, se compose du corps 7 formé de résine époxy contenant des fi- bres de silice pure,et de l'empreinte 8. Cette empreinte 8, dans cet exemple non limitatif, n'est pas réalisée d'une seule pièce, mais elle est constituée de 32 modules 9 en céramique ainsi répartis: 21 carrés, 6 triangles, 3 rec- tangles,2 cercles:le tout représente une surface de 408 cm. Chacun de ces modules 9 comporte les deux zones A et B dans la proportion 50/50. Ces modules 9 - comme on le voit sur la coupe 10 de la partie femelle 6 du moule - sont juxtaposés côte-à-c8te sur la surface du corps du moule 7 en résine époxy contenant les fibres de silice. Afin de mieux démontrer l'extraordinaire avantage que représente le moule conforme à l'invention, la Deman- deresse a réalisé l'expérience suivante: on a construit deux moules de forme strictement identique pour la fabri- cation des taloches à ciment en polystyrène expansé, d'un poids total de 30 g. L'un de ces moules a été construit comme représenté sur la figure 3 conformément à l'inven- tion, le deuxième, par contre, contenait une empreinte faite d'une seule pièce et monolithique, c'est-à-dire sans et la séparation en zones A et B. Le tableau I ci-après compare les résultats obtenus TABLEAU I Moule conforme Moule à l'invention monolithique -Poids total du moule 2,5 kg 6,5 kg -Poids de la céramique nécessaire 0,960 kg 3,360 kg -Temps de vaporisation 35 secondes 75 secondes - Calories nécessaires 82 Kcal. 173 Kcal. -Temps de refroidissement 50 secondes 90 secondes -Temps total (cycle de fabrication) 85 secondes 165 secondes Il en résulte très clairement que pour avoir une même pièce (taloche à ciment par exemple), de même qualité, le cycle avec un moule ordinaire est pratiquement deux fois plus long, et la consommation en énergie est plus que double. De plus, le moule conforme à l'invention, dont l'empreinte est composée de modules juxtaposés, est beau- coup moins lourd, plus facile à construire, nécessitant moins de céramique, mais beaucoup moins fragile et beau- coup plus résistant mécaniquement que les moules ordinaires. La figure 4 annexée représente un faisceau de cour- bes donnant la relation entre l'épaisseur de l'empreinte et l'épaisseur de l'objet moulé pour plusieurs qualités de céramique:(en abscisse l'épaisseur de l'empreinte poreuse en cm, en ordonnée -courbe logarithmique -l'épaisseur en cm de l'objet moulé) céramique monolithique (courbe a) céramique conforme à l'invention avec le rapport zone A = (courbe b) zone B 90 céramique conforme à l'invention avec le rapport zone A =0 (courbe c) zone B 20 céramique conforme à l'invention avec le rapport zone A 50 (cub d) zone B =0 C'est - comme on le voit sur cette figure 4 - pour le rap- ZONE A _ que la relation épaisseur de l'empreinte port Z Ar épaisseur de l'objet moulé est la plus favorable. Ceci ressort également du tableau II ci-après qui donne la relation entre la qualité de l'empreinte et la quantité de vapeur émise (à puissance UHF constante). TABLEAU II L'empreinte conforme à l'invention émet trois fois plus de vapeur que l'empreinte courante, monolithique, en particulier lorsque le rapport zone B =5 (toutes choses égales par ailleurs). Ainsi que cela ressort de ce qui Rrécède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeu- vre, de réalisation et d'application qui viennent d'être dé- crits de façon plus explicite; elle en embrasse, au contrai- re, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée de la présente invention. Céramique quantité de vapeur émise (par g) par cm d'em- preinte Monolithique 0,05 conforme à l'invention avec le rapport-i = 90 0, 07 conforme à l'invention avec le rapport A 80 0,09 conforme à l'invention avec le rapport A 25 0,13 conforme à l'invention avec le rapport A 0,17 !. REVENDICATIONS 1 ) Nouveau moule pour la fabrication d'objets en matières plastiques non polaires, expansées, à l'aide du rayonnement UHF, caractérisé en ce qu'il contient une em- preinte(i) en matière poreuse qui n'est pas monolithique, mais,au contraire, constituée par des zones B à forces calil- laires élevées et par des zones A à forces capillaires faibles pour les liquides. ) Moule selon la Revendication 1, caractérisé en lo ce que le rapport de surfaces des zones A et des zones B,est choisi en fonction de l'objet (épaisseur et surface) à mou- ler. ) Moule selon les Revendications 1 et 2, caractéri- sé en ce que le rapport des surfaces - est compris entre 10 à 10 et de préférence égal à 5- B Io00 ) Moule selon l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'empreinte (1) du moule est revêtue d'une couche imperméable du côté jouxtant le corps du moule. 50) Moule selon l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'empreinte (1) du moule est formée d'une pluralité de modules (9), ou mini-empreintes, juxtaposés, de tailles et de formes voulues, cha- cun de ces petits modules conservant le même rapport des A surfaces - que l'ensemble de l'empreinte. ) Procédé de moulage de matières plastiques à l'ai- du moule selon l'une quelconque des Revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on prépare un moule de forme et de dimension appropriées, en choisissant un rapport convenable entre les surfaces des zones A et B de l'empreinte,selon la taille et l'épaisseur des objets à mouler, en ce que l'on rë- partit dans l'empreinte la quantité appropriée du liquide polaire, et en ce que dès l'absorption par l'empreinte po- reuse dudit liquide polaire, on ferme le moule, on y intro- duit la matière plastique préexpansée et en ce que l'on sou- met l'ensemble au rayonnement UHF. el 1 1 ) Objets en matières plastiques expansées obtenus' l'aide de moules selon l'une quelconque des Revendications 1 à 5,et en mettant en oeuvre le procédé selon la Revendi- cation 6.