Brevet FR2492727A1 — publié le 19820430

L'invention concerne un dispositif permettant d'obtenir par moulage des blocs de forme régulière en mousse rigide de matières expansées, en particulier de polyuréthane ; elle concerne également un procédé de mise en oeuvre de ce dispositif. Il est connu de fabriquer des blocs en mousse rigide de matières expansées, en particulier de polyuréthane, par coulée d'un mélange moussant approprié dans un moule parallélépipédique. tes blocs ainsi obtenus peuvent, après durcissement de la mousse, être découpés en plaques de quelques centimètres d'épaisseur qui sont utilisées dans la construction de bâtiments ou de véhicules, pour isoler ceux-ci de la chaleur ou du froid. 1l est important, pour que les blocs puissent être découpés avec le minimum de pertes, qu'ils possèdent une forme parallélépipédique aussi régulière que possible. on sait fabriquer des blocs de mousse rigide de polyuréthane de forme sensiblement parallélépipédique au moyen de moules fermés. Selon cette technique, le mélange moussant est introduit dans un moule paral lélépipédique en quantité calculée pour obtenir un bloc possédant la densité souhaitée. te moule est fermé à sa partie supérieure par un couvercle bloqué en position haute. Au cours de l'expansion du mélange moussant, celui-ci soulève le couvercle Jusqu'à la partie supérieure du moule où il se trouve bloqué, puis sous l'effet de la pression, il remplit entièrement le moule. te bloc ainsi constitué possède donc une forme sensiblement parallélépipédique, aux dimensions du moule.Cette technique présente cependant un inconvénient important : avant de procéder au démoulage, il est nécessaire d'attendre que la mousse soit suffisamment réticulée, faute de quoi le bloc se fissure intérieurement sous l'effet de la pression interne. Ceci entraxe une immobilisation très longue du moule, qui atteint couramment de 4 à 6 heures et a pour conséquence d'exiger la mise en oeuvre d'un nombre important de moules. Cette durée d'immobilisation des moules pourrait en théorie etre réduite en utilisant plus de catalyseur ; dans ce cas cependant, on observe un brunissement de la mousse à ##intérieur du bloc et des hétérogénéités dans la mousse, dus à un dégagement trop rapide de chaleur. Selon une autre technique de moulage, le mélange moussant est introduit dans un moule de forme parallélépipédique dénué de couvercle ou pourvu d'un couvercle libre, non bloqué en position haute. Le mélange moussant s'expanse dans le moule, plus rapidement au centre que sur les parois, en raison du frottement exercé par celles-ci ainsi que du refroidissement du mélange moussant à proximité des parois qui empèche la vaporisation de l'agent d'expansion. te bloc ainsi formé présente une partie supérieure bombée, en forme de dôme, ce qui peut entraSner une perte de matière de 15 à 20 % lors de la découpe du bloc. te présence d'un couvercle n'atténue pas sensiblement la hauteur du dôme, car la -pression exercée par le mélange moussant, qui peut atteindre plusieurs tonnes par m2, est suffisamment forte pour qu'une petite surface de la partie supérieure du mélange moussant puisse supporter un couvercle, même si celui-ci est lourd. En contrepartie de l'inconvénient précité, cette seconde technique de moulage présente cependant un avantage appréciable, car les blocs peuvent être démoulés après seulement 10 ou 15 minutes, alors qu'ils sont encore élastiques. En effet, dans cette technique de moulage, la pression interne dans les blocs est régulièrement répartie ; lors du démoulage, cette pression entraxe une légère expansion du bloc suivie d'un retrait de celui-ci à ses dimensions sensiblement initiales. Cette faculté de dé moulage rapide permet donc de ntutiliser qu'un nombre de moules très faible. Il a déjà été proposé, dans un autre domaine technique, de fabriquer en continu des blocs de mousse souple de polvuréthane par coulée d'un mélange moussant approprié sur une bande transporteuse à mouvement continu. te mélange moussant est contenu sur la bande, de part et d'autre de celle-ci, par deux bandes verticales en manière souple, telle que du papier, qui sont mues longitudinalement à la m & ie vitesse que la bande transporteuse. Ces bandes verticales sont également mues verticalement vers le haut, à une vitesse sensiblement égale à celle à laquelle le mélange moussant s 'expansé vers le haut. On obtient en continu de la sorte un bloc de mousse souple de poluuréthane dont la face supérieure est sensiblement horizontale. Il parant possible, en théorie, d'adapter un tel principe à la fabrication de blocs en mousse rigide de polyuréthane, et de concevoir en conséquence un moule sans couvercle, de forme parallélépipédique, dont les faces verticales comporteraient des parois internes déplacées vers le haut par un dispositif mécanique, à une vitesse sensiblement égale à celle de l'expansion du mélange moussant. Le cott et la complexité d'un tel dispositif en condamnent toutefois la réalisation pratique. Il a maintenant été trouvé un dispositif simple et un procédé permettant de fabriquer des blocs de mousse rigide en matières expansées, en particulier en polyuréthane, dont la face supérieure est sensiblement plane et qui sont néanmoins susceptibles d'être démoulés rspidement alors que la mousse se trouve encore à l'état élastique. L'invention concerne donc un dispositif pour le moulage de blocs en mousse rigide de matières expansées, en particulier de polyuréthane, comprenant une cuve à parois rigides verticales ouverte à sa partie supérieure et un couvercle se déplaçant librement dans la cuve le long d'un axe vertical, ce couvercle comprenant une partie plane horizontale rigide bordée à sa périphérie par un flanc vertical rigide orienté vers le bas, ainsi que des évents permettant à l'air de s'échapper. te moule peut être constitué d'un volume quelconque à parois verticales, tel qu'un cylindre. Il est le plus souvent de forme parallélépipédique, de volume couramment compris entre 0,5 m3 et 5 m3 et de hauteur généralement comprise entre 0,50 m et 1,2 ni. te couvercle possède la mame forme que la base du cylindre ou du parallélépipède constituant la cuve ; afin qu'il puisse se déplacer librement dans celle les dimensions horizontales extérieures du couvercle sont égales aux dimensions horizontales internes de la cuve, diminuées d'un Jeu de 0,5 à 5 mm, ce Jeu étant de préférence de l'ordre de 1 à 3 mm. Selon la forme du couvercle, le flanc vertical fixé sur celui-ci peut être constitué d'un ou plusieurs éléments ; dans le cas d'une cuve parallélépipédique, le couvercle est de forme rectangulaire ou carrée et le flanc vertical peut être constitué de quatre éléments fixés sur les cités du couvercle. Afin que l'air emprisonné dans la partie supérieure du couvercle puisse s'échapper au cours de ltexpansion du mélange moussant, les évents sont de préférence réalisés en ne fixant pas le flanc de façon étanche sur la partie plane du couvercle ou en ménageant des trous de quelques mm de diamètre au voisinage des angles de la partie plane du couvercle. La hauteur du flanc vertical doit être d'au moins 5 cm et elle peut atteindre ou même dépasser la moitié de la hauteur de la cuve. De préférence, la hauteur du flanc est comprise entre 15 et 30 cm. Les divers éléments constitutifs de la cuve et du couvercle du moule sont réalisés dans un matériau suffisamment rigide pour ne pas se déformer sensiblement au cours du moulage. Toutefois, les pressions exercées à l'intérieur du moule étant bien réparties, ces éléments peuvent oestre simplement constitués d'une paroi en bois de l à 2 cm d'épaisseur, doublée intérieurement d'une feuille d'un métal tel que l'aluminium. Ces éléments peuvent aussi être constitués d'une tale métallique, par exemple en acier inoxydable, de 0,5 à 2 mm d'épaisseur. ta cuve peut autre placée dans un berceau dont les montants jouent le raie de renforts. Afin de ne pas laisser de marques importantes dans le bloc de mousse de matière expansée, le flanc vertical fixé sur le couvercle est de préférence constitué d'une tale mince, par exemple une tale d'acier de 0,5 à 2 mm d'épaisseur. tes divers éléments constitutifs de la cuve et du couvercle sont avantageusement assemblés de manière amovible, afin de faciliter l'enlèvement du bloc du moule dans lequel il a été formé. L'avantage d'un tel mode de construction apparattra mieux dans la description de la mise en oeuvre ci-après On donne ci-après un exemple de réalisation du dispositif de l'invention illustré par les fig. 1 et 2. -La fig. 1 représente, en vue perspective, un moule selon l'inven- tion. ta fig. 2 est une vue en coupe verticale du flanc et d'une extrémité du couvercle. te moule représenté fig. 1 comprend une cuve parallélépipédique 1 constituée d'un fond 2 et de quatre faces 3a, 3b, 3c et 3d, fixées sur les côtés du fond par des charnières non représentées, de manière à pouvoir s'ouvrir vers l'extérieur. tes faces sont fixées en position verticale au moyen de tiges filetées et d'écrous, non représentés. Le fond 2 est constitué d'un panneau de bois contreplaqué de 20 mm d'épaisseur, recouvert à sa partie supérieure d'une tale d'aluminium de 1 ma d'épaisseur. Ses dimensions intérieures sont de 205 cm x 105 cm. tes faces 3a, 3b, 3c et 3d mesurent 80 cm de hauteur ; elles sont constituées de panneaux de bois contreplaqué de 15 nnn d'épaisseur et elles sont renforcées par des croisillons tels que 4a et 4b, constitués de profilés d'acier à section en U dont la largeur du fond est de 80 mm. te moule comprend également un couvercle 5, constitué d'une partie plane rectangulaire 6 sur les quatre côtés duquel sont fixés de ma niére amovible quatre éléments de flanc 7a, 7b, 7c et 7d. La partie plane 6 est constituée d'un panneau de boiscontreplaqué de 20 mm d'épaisseur recouvert à sa partie inférieure d'une tôle d'aluminium de 1 mm d'épaisseur , cette partie plane 6 est renforcée par un croisil ion, non représenté, en profilé d'acier identique aux précédents, sur lequel sont fixés des anneaux tels que 8, permettant de manoeuvrer le couvercle. tes éléments de flanc 7a, 7b, 7c et 7d sont constitués d'une tôle d'acier inoxydable de 0,5 mm d'épaisseur. Les dimensions extérieures du couvercle sont de 204,5 cm x 104,5 cm. ta hauteur des éléments de flanc 7a, 7b, 7c et 7d est de 25 cm. La fig. 2 illustre le mode de fixation d'un élément de flanc 7a sur la partie plane 6 du couvercle 5. L'élément 7a est plié à angle droit, la partie horizontale 7a' mesurant 2 cm de large. Cette partie horizontale vient prendre appui sur un bord de la partie plane 6 sur lequel elle est fixée par des pitons filetés dont l'un est représenté en 9 ; ce piton 9 est fixé dans un écrou 10 solidaire de la partie plane 6. Par dévissage des pitons 9, on peut ainsi démonter rapidement l'élément de flanc 7a de la partie plane 6 du couvercle 5. L'invention concerne également un procédé de fabrication de mousses rigides de matières expansées, en particulier de mousses rigides de polyuréthane, par mise en oeuvre du moule décrit ci-dessus. Dans le cas de la fabrication de mousses rigides de polyuréthane, ce procédé est réalisé de la manière suivante : Après avoir, si nécessaire, pulvérisé un agent de démoulage sur les faces intérieures de la cuve et du couvercle, on introduit dans le fond de la cuve la quantité de mélange moussant pour mousse rigide de polyuréthane nécessaire pour obtenir, par expansion libre, unvolume de mousse égal à celui du moule. On place le couvercle à l'intérieur du moule au contact du mélange moussant. Ce dernier s'expanse et le couvercle est progressivement soulevé par le mélange moussant. Après que 1 'expansion se soit terminée et que la mousse de polyuréthane soit devenue assez ferme pour être démoulée - ce qui est déterminé par des essais préalables, - le bloc est sorti du moule, de préférence après ouverture et démontage des éléments constituant le couvercle et la cuve. On laisse ensuite le bloc de mousse de poivuréthane se durcir pendant quelques Jours avant de le découper. tes blocs de mousse rigide de polyuréthane ainsi obtenus sont homogènes,mem#e à coeur. Ils possèdent en outre une surface supérieure sensiblement plane, ce qui permet, lors de la découpe ultérieure, de limiter les pertes au minimum. Il est possible, grSce au procédé de l'invention, d'obtenir, dans de très bonnes conditions industrielles, des mousses rigides de de densité très variées, notamment des mousses rigides de faible densité (30 à 50 hg/m3), des mousses rigides de haute densité (600 kg/m) ou plus) et, bien entendu, des mousses rigides de densité intermédiaire. les mélanges moussants pour mousses rigides de polyuréthane susceptibles autre mis en oeuvre dans la fabrication de blocs selon l'invention sont préparés à partir de leurs constituants usuels, notamment des composés polyhydroxylés, des polyisocyanates organiques, des agents d'expansion, des catalyseurs et des additifs divers. les composés hydroxylés sont avantageusement constitués de poly éthers-polvols de fonctionnalité élevée, couramment obtenus par addition d'oxydes d'alcoylène, tels que l'oxyde de propylène et/ou l'oxyde d'éthylène, sur des glucides ou des dérivés de glucides, tels que le glucose, le saccharose, le sorbitol et leurs éthers aliphatiques ou aromatiques, ou sur des polyamines, telles que ltéthylèniamine, pos- sédant au moins quatre atomes d'hydrogène fixés sur les atomes d'azote. les composés d'addition d'oxydes d'alcoylène sur des phénols, tels que le bis phénol A, peuvent également être utilisés. les polyisocyanates organiques sont de préférence constitués de dipheaylméthane 4-4'diisocyanate brut, couramment dénommé "NDT" brut, qui résulte de la condensation du phosgène sur le produit non purifié de la réaction entre l'aniline et le formaldéhyde. On peut également utiliser des prépolymères de tolylènediisocyanate, obtenus par réaction de tolylènediisocyanate - ou IDI - avec des composés polyhydroxylés en quantités inférieures à la stoechiométrie. tes agents d'expansion sont avantageusement constitués de composés organiques volatils tels que le monofluorotrichlorométhane ou le difluorodichlorométhane. Ces composés organiques volatils peuvent être utilisés en quantités pouvant atteindre 30 ffi en poids des composés polyhydroxylés. 1l est également possible d'utiliser, en tant qu'agent d'expapsion complémentaire, de faibles quantités dteau, de l'ordre par exemple de 0,5 % en poids par rapport aux composés polybydroxylés. les catalyseurs sont de préférence constitués de catalyseurs aminés, notamment des amines tertiaires telles que la triéthylènediamine, la diméthyléthanolamine, la triéthylamine, la triéthanolamine, la dimétbyloyclohexyiamine ou des mélanges de ces amines. Ces cataly- seurs sont mis en oeuvre en quantités généralement inférieures à 3 ffi en poids par rapport à l'ensemble des composés polyhydroxylés. Bien que cela ne soit pas nécessaire, il est possible de combiner ces cafia- lyseurs aminés avec des catalyseurs métalliques tels que ltoctoate stanneux, le dilaurate de dibutylétain ou ltoctoate de zinc, afin, notamment, d'augmenter la vitesse de réaction des constituants du mélange réactionnal. Afin de mettre en oeuvre le dispositif et le procédé de l1inven- tion dans les meilleures conditions, il est recommandé de choisir des quantités de catalyseurs telles que le mélange moussant conserve l'état de crime pendant une durée suffisante pour permettre son introduction complète dans la partie inférieure du moule. Ainsi par exemple, si la durée nécessaire à l'introduction du mélange moussant dans le moule est d'environ 1 mn, il est recommandé de choisir des quantités de catalyseurs telles que le mélange moussant conserve 11 état de crime pendant un peu plus d'une minute ; dans ce cas une durée de fin de crême de 1 in 30 s convient. Les divers additifs susceptibles d'être introduits dans les mélanges moussants peuvent être notamment constitués des composés siliconés habituels ainsi que de composés ignifugeants, tels que des composés bromés, chlorés et/ou phosphorés, notamment le dibromobutènediol, le trichloroétbylpbosphate et le trichloroprcpylphosphate. tes mélanges moussants pour mousses rigides de polyuréthane peuvent être mis en oeuvre industriellement par mélange des constituants dans un mélangeur muni d'un agitateur tel qu'une turbine ou au moyen d'une machine à deux ou à plusieurs circuits aboutissant à une tête de mélange, l'un des circuits permettant l'introduction séparée des poly isocyanates dans la tête de mélange Les constituants du mélange moussent sont généralement mis en oeuvre à une température comprise entre 20 et 30 OC. Exemplë 1~ On met en oeuvre le moule représenté fig. 1 et 2. On prépare, dans une machine de mélange à deux circuits, d'un débit ma ximum de 250 kg/mn,un mélange moussant constitué de Parties en poids - Polyéther-polyol d'lOH 420, obtenu par polyaddition d'oxyde de propylène sur 85 une solution aqueuse de saccharose (Napiol R 107 de NAPHTACHIMIE/SODETHANE) - Ignifugeant phosphoré d'I0H 240 15 (Napiol R 104 de NAPHDACHIMIE/SODETHANE) - Ruile silicone Si 3193 de PHONE POUIENC INDUSTRIES 1 - Monofluorotri chîcrométhane 22 - Eau 0,5 - Diméthylcyclohexylamine 0,7 - MDI brut 107 Tous les constituants du mélange moussant, excepté le tSI brut, sont introduits dans la teste de mélange du mélangeur par le premier circuit ; le MDI brut est introduit par le second circuit. te temps de crême de ce mélange moussant est de 1 mn 30 s. On introduit en l mn,70 kg du mélange moussant à 20 OC au fond de la cuve du moule et on place le couvercle dans la cuve. Le mélange moussant s'expanse pendant une durée d'environ 5 à 6 mn. Après 15 mn la mousse atteint un état convenable pour être démoulée. On soulève alors le couvercle et on An e les flancs de la partie plane du couver- cle, puis on ouvre la cuve du moule en rabattant les faces et on enlève les éléments du couvercle. te bloc ainsi obtenu est sensiblement parallélépipédique, sa surface étant pratiquement plane. Après durcissement pendant 12 Jours hors du moule à la température ambiante, le bloc est découpé en planches de 2 cm d'épaisseur. On observe que la mousse est homogène et exempte de fissures à coeur. ta perte de matière à la découpe est de 3,5 kg, soit environ 5 % en poids. Ex mDle comparatif 1 On opère comme dans 11exemple 1, à la différence que le couvercle est simplement constitué de la partie plane rectangulaire 6, sans les éléments de flanc 7a, 7b, 7c et 7d. te bloc obtenu présente un dôme de 20 cm de hauteur. Après durcissement, le bloc est découpé en planches comme dans exemple 1. ta mousse est homogène et exempte de fissures à coeur, mais la perte de matière à la découpe est de 10 kg, soit environ 15 , en poids. Exemple comparatif 2 On opère comme dans l'exemple comparatif 1, à la différence que le couvercle est bloqué en position haute. Il est nécessaire d'attendre de 4 à 6 heures avant de pouvoir démouler le bloc, faute de quoi le bloc se fissure à coeur. REUENDICATIONS 1/ Dispositif pour le moulage de blocs en mousse rigide de matières expansées, en particulier de polyuréthane, comprenant une cuve à parois rigides verticales ouverte à sa partie supérieure et un couvercle se déplaçant dans la cuve le long d'un axe vertical, ce dispositif étant caractérisé par le fait que le couvercle est constitué d'une partie plane horizontale rigide bordée à sa périphérie par un flanc vertical rigide orienté vers le bas, que ledit couvercle est muni d'évents et qu'il se déplace librement à l'intérieur de la cuve. 2/ Dispositif revendiqué en 1/, dans lequel le couvercle possède des dimensions horizontales extérieures égales aux dimensions horizontales internes de la cuve, diminuées d'un jeu de 0,5 à 5 mm, ce jeu étant de préférence de 1 à 3 mm/ 3/ Dispositif revendiqué en 1/', dans lequel le flanc du couvercle possède une hauteur d'au moins 5 cm et de préférence comprise entre 15 et 30 cm. 4/ Dispositif revendiqué en 1/, dans lequel les évents sont réalisés en ménageant des trous de quelques mm de diamètre au voisinage des angles de la partie plane du couvercle. 5/ Dispositif revendiqué en 1/, dans lequel le flanc est fixé de façon amovible sur la partie plane du couvercle. 6/ Dispositif revendiqué en l/, dans lequel les évents sont réalisés en ne fixant pas le flanc de façon étanche sur la partie plane du couvercle. 7/ Dispositif revendiqué en 1/, dans lequel la cuve est constituée d'éléments amovibles permettant l'enlèvement du bloc de mousse rigide de polyuréthane. 8/ Dispositif revendiqué en 1/, dans lequel le moule possède une forme parallélépipédique et que le flanc est constitué de quatre éléments fixés sur les côtés du couvercle de forme carrée ou rectangulaire. 9/ Procédé de fabrication de mousses rigides de matières expansées, au moyen du dispositif décrit dans l'une quelconque des revendications 1/ à 8/ précédentes. 10/ Procédé de fabrication de blocs moulés en mousse rigide de polyuréthane au moyen du dispositif décrit dans l'une quelconque des revendications 1/ à 8/ précédentes, qui consiste à introduire dans le fond de la cuve du moule la quantité d'un mélange moussant pour mousse rigide de polyuréthane nécessaire pour obtenir par expansion libre un volume de mousse égal à celui du moule, à placer le couvercle à l'intérieur du moule, à laisser le mélange moussant s expanser, à démouler le bloc formé lorsqu'il atteint lsétat élastique et à le laisser se durcir en dehors du moule. 11/ Procédé revendiqué en 10/, dans lequel le mélange moussant conserve L'état de crême pendant une durée au moins égale à la durée nécessaire à l'introduction du mélange moussant dans le moule.