Brevet FR2511297A1 — publié le 19830218

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces en matière synthétique expansée, à caractéristiques physiques variables, prédéterminées en fonction de l'application, telles que les caractéristiques mécaniques, les caractéristiques d'isolation thermique ou phonique, etc Comme cela est connu, l'examen de pièces moulées en matière synthétique expansée notamment en polystyrène expansée, a montré que les cellules expansées présentaient des formes différentes suivant l'éloignement des cellules par rapport aux faces de la pièce. En général, le long des faces extérieures de la pièce, les cellules sont en forme de sphère plus ou moins fortement écrasée sur un grand diamètre alors que, dans la partie éloignée des faces extérieures, les cellules sont allongées en grains de riz, suivant des orientations aléa- toires. Or, des considérations de résistance des matériaux laissent prévoir que la résistance d'une cellule en matière expansée de forme aplatie est faible dans le sens de sa plus petite épaisseur, et qu'elle présente une certaine élasticité. Dans le cas d'une cellule de matière expansée en fora de grains de riz, la résistance est relativement grande dans la direction longitudinale. Il est connu d'utiliser la souplesse des cellules aplaties dans le cas de plaques de matière synthétique expansée. Pour obtenir des plaqués relativement souples, on effectue un laminage de surface des plaques en sortie de fabri- cation, de façon a écraser ou aplatir les cellules initialement sphériques. Toutefois, ce procédé est limité d'une part aux plaques et d'autre part au seul écrasement L'allongement plus ou moins désordonné des cellules tel qu'il se constate sur les pièces actuellement réalisées n'est qu'une conséquence de l'ex- pansion: Ces cellules allongées se trouvent au coeur de la pièce, L'orientation est aléatoire et ne modifie pas les caractéristiques physiques de la pièce. Il n'existe pas de moyen permettant de créer des cellules allongées, orientées dans une direction précise. Or, la multiplication et la diversification de la fabrication de pièces moulées en matière synthétique rend souhaitable que l'on puisse fabriquer des-pièces présentant des caractéristiques physiques variables, telles qu'une plus grande dureté, une plus grande souplesse, etc pour l'intégralité de la pièce ou de façon limitée à une zone. >'invention se propose de créer des moyens permet- tant de réaliser des pièces en matière synthétique moulées pré- sentant en totalité ou en partie des caractéristiques physiques prédéterminées. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces en matière synthétique expansée, notamment en polystyrène expansé, procédé suivant lequel au cours d'une phase initiale, on expanse la matière synthétique dans un moule chaud de forme précise, puis au cours d'une phase finale, on stabilise la forme de la pièce, procédé caractérisé en ce qu'au cours d'une phase intermédiaire entre la phase initiale et la phase finale, on modifie au moins partiellement la forme de la cavité du moule à l'endroit o l'on veut modifier les caractéristiques mécaniques de la pièce, en cours de fabrication, on laisse expanser de façon complémentaire la pièce pour que la matière occupe complètement la cavité et au cours de la phase finale, on modifie au moins partiellement la forme de la cavité du moule par rapport à la forme de la phase intermédiaire et on comprime et refroidit pour fixer la forme de la pièce. Ainsi, grâce à l'expansion complémentaire puis à la compression plus ou moins prononcée pour stabiliser la pièce à la forme définitive, on peut modifier localement ou globalement la résistance ou plus généralement les caractéristiques physiques d'une pièce pour mieux l'adapter à son utilisation On peut ainsi réaliser des pièces relativement souples pour amortir les chocs, par exemple des pièces destinées à recevoir des produits fragiles, etc On peut également réaliser des pièces à résistance mécanique relativement importante, par exemple comme un calotin de casque de protection dont la partie supérieure doit être dure et les bords souples. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'in- vention, on utilise un moule au moins partiellement différent d'une pa 3 pour l'une des phases initiale et intermédiaire et d'autre part, la phase finale. Suivant une autre caractéristique, le moule utilisé pour la mise en oeuvre de la uhase finale est au moins partiellement différent du moule utilisé dcans les phases initiale et intermédiaire En résumé, le chancement de forme de la cavité de mou- lage, c'est-à-dire de l'intérieur du moule, peut s'obtenir suzvarnt le cas soit par un mouvement: ou un décalage de parties du moule les unes par rapport au, -3 u Lre ou encore par changement partiel ou total du moule Tcutefois, ce changement n'est possible qu entre la phase intermédiaire et t phase finale puisqu Dil y a non seulement un changement de fcrme _u moule mais il est également necessaire de refroidir la piêce pour la stabiliser définitivement Or, de façon particulièrement avantageuse, on peut à ce moment changer de moule au moins partiellemient. La présente invention sera dcrite plus en détail l'aide des dessins annexes dans lesquels Les figures -A, -3, IC représentent la forme d'une pièce pendant les trois phases de sa fabrication en matière synthë- tique expansée; Les figures 2 A, 2 E, 2 C représentent schématiquement un exemple de moule pour la mise en oeuvre du procédé selon les figures l A, l B, 1 C; Les figures 3 A, 3 B, 3 C représentent schématiquement un moule pendant les trois phases de fabrication d'un premier exemple de pièce; Les figures 4 A, 4 B sont des vues analogues à celles des figures 3 A, 3 B, 3 C pendant la fabrication d'un autre exeraple dep Les figures 5 A, 5 B, 5 C représentent la fabrication d'une pièce bombée; Les figures 6 A, 6 B, 6 C représentent la fabrication d'une pièce parallélépipédique. Le procédé selon l'invention consiste de façon générale à injecter de la matière dans un moule, à faire expanser cette matiè: à chaud puis au cours de la phase d'expansion, à provoquer une déten adiabatique choisie que l'on fait suivre d'une nouvelle compression choisie pour mettre la pièce à la forme définitive. Les expressions "détente", "compression" et "choisies" signifient que l'endroit o se fait la détente ou la compression ainsi que l'amplitude de la détente et de la compression sont choisis en fonction de la pièce à réaliser, c'est-à-dire de l'état de résistance mécanique voulue de la surface de la pièce. Cela signifie également que la détente en un endroit de la pièce peut Ctre choisie différente d'un autre endroit Il en est de même de la compression. Pour simplifier l'exposé général du procédé, la description sera d'abord faite à l'aide des figures IA, 1 B, 1 C qui représentent schématiquement la forme de la pièce au cours des trois phases de la fabrication, à savoir: phase initiale d'injection et d'expansion (figure 1 A); phase intermédiaire d'expansion complémentaire (figure l B); phase finale de stabilisation définitive (figure l C). Le procédé sera décrit dans son application à la réalisation d'une pièce 1, en forme de botte, ayant un fond 2 et des parois 3. Selon l'invention, on se propose de modifier les caractéristiques mécaniques des surfaces 21 A, 31 A (figure IA) de la pièce. Pour montrer la position des surfaces 21, 31, celles-ci sont repérées par leur distance a, b, par rapport au fond extérieur de la pièce. De même, on utilisera les références 21 A, 21 B, 21 C et 31 A, 3 IB, 31 C pour désigner la position des sur- faces 21 et 31 au cours des trois phases opératoires selon les figures IA, -IB et IC Dans chacune des figures, la position des surfaces à modifier sera repérée par-les distances a, b; a + hl, b + h 3 et a + h 2, b + h 4 (figures 1 A, IB, 1 C). Le procédé se déroule comme suit: Phase d'injection et d'expansioninitiale (figure IA): Lorsque le moule est fermé, on y injecte la matière synthétique à expanser, par exemple du polystyrène se présentant sous forme de billes préexpansées; puis on chauffe le moule et on injecte de la vapeur La matière gonfle par expansion des particules sphériques et prend la forme repré- sentée à la figure 1 A. La face 2 IA du fond 2 et les faces 3 IA des parois 3 sont alors à des distances a et b par rapport -à la 1 1297 ligne de référence. Phase d'expansion complmentaire (fiurl B) A la fin de la phase d'expansion, on modifie la forme de la cavité du moule pour laisser la matière encore sous pression, stexpanser au niveau des surfaces 21 A, 31 A alors que les autres faces ou surfaces de la pièce restent bloquéeso Par cette expansion, les surfaces 21 A 31 A arrivent dans les positions 21 B, 31 B qui se trouvent respecti- vement aux distances a + h et b + h 3. Les distances h, h 212 h 3, h 4 représentent les variations de dimension du moule dans une direction donnée les variations h 1 et h 3 sont toujours nulles ou positives. Les variations h 2 et h 4 sont positives, nulles ou négatives. Au cours de cette expansion complémentaire, les particules se trouvant au niveau des surfaces 21 B, 31 B qui étaient sphériques ou aplaties, s'allongent dans le sens de l'augmentation de volume de la cavité du moule. Phase de stabilisation définitive tfue 1 C: Après l'expansion complémentaire, on modifie de nouveau la forme du moule pour comprimer les surfaces 21, 31 de la pièce et les faire venir dans les positions 21 C, 31 C distantes respectivement de a + h 2 et b + h 3. Cette opération de compression entraîne un écrasement plus ou moins prononcé des cellules expansées préala- blement, au niveau des surfaces 21, 31. De façon générale, le choix des expansions/ compressions dépend des caractéristiques mécaniques à obtenir. Les figures 2 A, 2 B, 2 C représentent un exemple de moule en trois éléments 11, 12, 13 permettant la mise en oeuvre du procédé décrit cidessus Les figures 2 A, 2 B 9 2 C représentent respectivement la position des éléments du moule donnant les formes de pièces selon les figures l A, IB, 1 Co Bien qu'aux figures 2 A, 2 B, 2 C il s'agisse du même moule, on peut également utiliser des moules ou éléments de moule différents: Le moule utilisé dans les phases 1 et 2 (figures l A, 2 A; IB, 2 B) est le même; si les variations hl, h 3 sont différentes, il faut autant d'éléments de moule à mouvement ou à réglage relatif différent. Par contre, si toutes les variations sont les mêmes h = h 3, les éléments 12, 13 peuvent 9 tre soli- darisés et réunis en une seule partie Il est d'ailleurs indis- pensable qu'il n'y ait pas de changement de moule pendant les phases 1 et 2 puisque la phase d'expansion complémentaire doit se faire à chaud et est de préférence adiabatique. Pour la phase 3, le moule peut etre au moins partiellement différent de celui des phases 1 et 2, non seule- ment par les dimensions de la cvité, il peut s'agit d'un moule au moins en partie nouveau. En effet, la stabilisation à la forme défi- nitive se faisant par refroidissement de la pièce moulée, il est intéressant d'économiser des calories en ne refroidissant pas inutilement le moule chaud Pour cela, la pièce peut être transférée du moule chaud (phase 2) dans un autre moule froid (phase 3). Il est important de remarquer que les moules et éléments de moules, déplacements et réglages relatifs des éléments de moules définissent dans chacune des phases 1, 2, 3 une cavité de moule de dimensions précises Cette précision est nécessaire non seulement pour l'opération de mise en forme et de stabilisation définitive mais également pour la forme de la pièce à la fin des phases 1 et 2 En effet, les modifications des caractéristiques mécaniques dépendent uniquement de la valeur des variations h, h 2, h 3, h 4 et de la précision de ces variations. Comme ces variations peuvent être-de l'ordre de quelques mm, cela souligne l'importance de la précision des moules à chaque phase du procédé. L'invention sera explicitée à l'aide de quelques exemples Exemple 1 (figures 3 A, 3 B, 3 C) Pour cet exemple, on utilise un moule formé des éléments 101, 102 de façon à réaliser un emballage 103 en forme de botte On se propose d'augmenter la résistance de façon très analogue à ce qui a été réalisé selon les figures 2 A, 2 B, 2 C. Les figures 3 A, 3 B, 3 C montrent schématiquement la forme des cellules de la matière expansée au cours des diverses étapes. C'est ainsi qu'à la figure 3 A, lors de 11297 l'expansion dans le moule chaud, les cellules sont de forme à peu près sphérique et sont collées les unes aux autres Puis au cours de la détente complémentaire (figure 3 B) les cellules s'allongent dans le sens de la variation de dimension du moule 2 c'est-à-dire dans ce cas dans le sens de l'ouverture du moule par mouvement relatif de la partie 102 par rapport à la partie 103 Les cellules du fond de la pièce et celles au niveau du bord supérieur s'allongent comme cela est représenté. Dans la phase de mise en forme définitive représentée à la figure 3 C, les cellules allongées precédeminent sont plus ou moins comprimées Les courses de la partie 102 du, moule sont respectivement référencées par H 10 et Hil aux figures 3 B, 3 C. La pièce fabriquée selon le procédé des figures 3 A, 3 B, 3 C présente de meilleures caractéristiques de. résistance à la compression dans le sens de l'ouverture du moule car les cellules sont allongées dans cette direction. Exemple 2 (fi 2 ures LA, 4 B: Cet exemple se rapproche de l'exemple de la figure 1 sauf que la phase finale est une phase de compression plus prononcée, la compression mettant la pièce à une dimension inférieure à celle de la fin de la première phase (figure 4 A>. Cela est schématisé par les distances H 12 rpéetsau dessins. Par cette compression plus prononcée que la précédente, on écrase les sphères après les avoir a llongées, ce qui donne des éléments aplatis, ayant un très fort pouvoir amortissant qui peut 9 tre intéressant pour réaliser des bofttes, des cales ou autres éléments destinés à recevoir ou à tenir des pièces fragiles. Exemple 3 (figures 5 A, 5 B, 5 C) Cet exemple se propose de réaliser une pièce qui soit plus résistante qu'une pièce habituelle dans le sens perpendiculaire à l'ouverture du moule La pièce ainsi réalisée a une forme de coupelle ou de d 8 me. Pour cela, on utilise un moule en deux éléments 301, 302, la pièce à réaliser portant la référence 303. Au cours d'une première phase, on provoque l'expansion dans un moule chaud (figure 5 A) Puis, au cours d'une seconde phase on provoque l'expansion complémentaire avec détente adiabatique en ouvrant légèrement le moule, c'est-à-dire en tirant l'élément 302 par rapport à l'élément 301. Au cours de la dernière phase, on effectue la mise en forme définitive à l'aide d'un élément de moule 302 ' de forme différente de celle du moule précédent; au cours de cette dernière phase on conserve néanmoins l'orientation allon- gée des cellules dans un sens dirigé vers la surface du moule 3021. La fabrication d'une pièce parallélépipédique ayant une résistance de même type que celle de la pièce des figures 5 A, 5 B, 5 C est représentée aux figures 6 A, 6 B, 6 C. Pour cela, il faut modifier les dimensions de l'élément 402 du moule dans la phase 6 B pour permettre l'allon- gement des cellules dans le sens perpendiculaire à l'ouverture puis lors de la troisième phase on utilise un moule de dimensions appropriées pour comprimer plus ou moins les cellules tout en leur conservant comme direction d'allongement une direction perpendiculaire à la direction d'ouverture du moule. La description des exemples ci-dessus a supposé des conditions de fabrication traditionnelle de pièces en matière synthétique expansée En effet, dans les installations existant actuellement, les moules sont réalisés en deux parties qui s'ouvrent suivant un plan de joint choisi suivant les dimensions des deux éléments ou parties du moule, la forme de la pièce à réaliser, etc. De tels moules sont dans une certaine mesure utilisables pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la phase d'expansion ou de détente complémentaire consiste alors à ouvrir partiellement le moule pour augmenter son volume intérieur et permettre l'expansion complémentaire Toutefois, de tels moules ne sont utilisables que dans des cas relativement limités, pour lesquels la variation des caractéristiques méca- niques que l'on recherche pour la pièce sont localisées au niveau de zones de la pièce susceptibles de s'expanser-de façon complé- mentaire ou d'être comprimées par ouverture au moins partielle du moule. Par contre, pour la réalisation de pièces plus complexes, à résistance mécanique différenciée ou située dans des zones non touchées par le mouvement d'ouverture du moule, il faut des éléments de moule de forme plus complexe et qui sont mobiles et réglables les uns par rapport aux autres dans une direction différente de celle de l'ouverture du moule. Le procédé décrit ci-dessus peut également se mettre en oeuvre de façon continue pour la fabrication de plaques ou de bandes ultérieurement découpées en plaques ou en éléments plats. Il suffit dans ce cas de remplacer les moules ou les variations de formes de moules correspondant aux trois phases par des calandres ou des bandes transporteuses, entre lesquelles on provoque l'expansion de la matière, par des bandes dont l'écartement est choisi de façon à obtenir d'abord une expansion puis une expansion complémentaire et, enfin, une compression à la valeur appropriée, suivant qu'il faut réaliser une nappe ou des plaques dont les surfaces sont plus résistantes ou plus souples que celles des plaques ou nappes fabriquées par un procédé habituel. 251 1297 REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de pièces en matière synthétique expansée notamment en polystyrène expansé, procédé suivant lequel au cours d'une phase initiale, on expanse la matière synthétique dans un moule chaud de forme précise, puis au cours d'une phase finale, on stabilise la forme de la pièce, procédé caractérisé en ce qu'au cours d'une phase intermédiaire entre la phase initiale et la phase finale on modifie au moins partiellement la forme de la cavité du moule à l'endroit o l'on veut modifier les caractéristiques physiques de la pièce en cours de fabrication, on laisse expanser de façon complémentaire la pièce pour que la matière occupe complètement la cavité, et au cours de la phase finale on modifie au moins partiellement la forme de la cavité du moule par rapport à sa forme de la phase intermédiaire et on comprime et refroidit pour fixer la forme de la pièce. 2) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on utilise un moule au moins partiellement diffé- rent d'une part pour l'une des phases initiale et intermédiaire et, d'autre part, la phase finale. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que le moule utilisé pour la mise en oeuvre de la phase finale est au moins partiellement différent du moule utilisé dans les phases initiale et inter- médiaire. 4) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on déforme le moule entre la phase initiale et la phase intermédiaire. ) Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que pendant la phase finale, les parties du moule en saillie ou en retrait sont plus accentuées ou plus atténuées que les parties correspondantes du moule pour la phase initiale. 6) Moule pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication de pièces en matière synthétique expansée, notamment en polystyrène expansé, pièces ayant une résistance mécanique différente suivant les parties de la pièce, moule caractérisé en ce qu'il se compose d'au moins trois éléments dont la position relative est réglable suivant les phases du procédé à réaliser, de façon à modifier au moins localement la forme de la cavité du moule.