Brevet FR2530970A1 — publié le 19840203

Cette invention concerne un appareil pour produire la germination ou nucléation d'un composant chimique liquide d'un système de moulage par injection et réaction. Il est bien connu d'injecter un gaz dans un compo- sant chimique liquide d'un système de moulage par injection et réaction de plusieurs composants Cette opération, appelée aussi "nucléation", est nécessaire pour améliorer le remplissage du moule par le composant, afin d'augmenter ainsi la qualité de la pièce moulée en ce qui concerne notamment l'uniformité de sa densité et la qualité de sa surface Pour produire des pièces mou- lées de bonne qualité, il est souhaitable d'introduire le gaz nucléant dans le composant liquide de manière à assurer le mélange intime du gaz avec le liquide Il est également nécessaire de régler l'ampleur de la nucléation du composant exactement à une valeur prédéterminée qui dépend de la nature de la pièce à mouler Il faut donc à la fois mesurer lampleur de la nucléation et la régler de manière qu'elle soit maintenue à la valeur prédéterminée. Différentes tentatives ont été faites pour créer un appareil de nucléation qui satisfasse les critères indiqués ci- dessus mais les appareils connus ne possèdent pas l'efficacité désirée pour les systèmes de moulage par injection et réaction utilisés de nos jours, en particulier en cas d'emploi de charges dans le composant liquide. L'invention vise par conséquent à apporter un appareil perfectionné qui supprime cet inconvénient. Selon l'invention, un appareil pour introduire un gaz dans un composant chimique liquide, destiné à être injecté dans un moule pour matières plastiques à au moins deux composants réac- tifs, comprend une cuve, un dispositif pour amener le composant dans la cuve, un dispositif pour amener un gaz neutre par rapport au composant a l'intérieur de la cuve> de manière à former un recouvre- ment gazeux au-dessus du composant liquide, un dispositif pour main- tenir la pression de ce recouvrement gazeux à une valeur prédéter- minée, un circuit de recyclage pour transporter le composant de la cuve à une sortie contrôlée et pour retourner à la cuve le composant qui n'est pas passé par cette sortie, ainsi qu'un dispositif pour introduire un gaz nucléant ou de germination dans le composant sur ce circuit de recyclage, ce dispositif d'introduction de gaz comprenant un mélangeur qui est traversé par le composant circulant dans le circuit de recyclage et qui introduit le gaz nucléant dans le composant liquide dans la direction d'écoulement de celui-ci. Il s'est avéré-qu'un tel appareil permet d'obtenir un composant liquide dans lequel le gaz a été introduit de manière satisfaisante et en une quantité qui correspond à la quantité pré- déterminée. Le mélangeur peut présenter un orifice par lequel passe le composant et dans lequel fait saillie une buse, à travers de laquelle du gaz nucléant est déchargé dans le composant liquide traversant l'orifice. Le mélangeur peut comporter un premier élément tubu- laire présentant ledit orifice à une extrémité et dans lequel s'écoule le composant avant de passer par l'orifice, de mâme qu'un second élément tubulaire qui est disposé dans le premier, qui porte la buse à une extrémité et qui est traversé par le gaz nucléant avant que celui-ci ne soit déchargé par la buse. La direction d'écoulement du composant liquide a travers l'orifice du premier élément tubulaire peut être sensible- ment perpendiculaire & la direction suivant laquelle le composant pénètre dans ce premier élément tubulaire, tandis que le gaz nucléant suit un trajet sensiblement linéaire à travers le second élément tubulaire et la buse de celui-ci. L'appareil peut comporter aussi un dispositif pour mesurer la densité du composant liquide chargé de gaz et un dispo- sitif sensible à la densité mesurée pour régler le débit du gaz nucléant introduit dans le composant liquide, de manière à maintenir la densité de celui-ci à une valeur prédéterminée. Ce dispositif régulateur peut maintenir le débit du gaz entrant dans le mélangeur à une valeur qui est proportionnelle à la différence entre la densité mesurée et la densité prédéterminée du composant liquide chargé de gaz. Le dispositif pour mesurer la densité peut comporter un second circuit de recyclage et un dispositif de mesure de densité, le second circuit de recyclage faisant circuler le composant liquide chargé de gaz à partir de la cuve par le dispositif de mesure de densité puis de retour à la cuve Le dispositif de mesure de densité peut être constitué par une source de rayons 7 envoyant des rayons 7 à travers le composant chargé de gaz dans le second circuit de recyclage, ainsi que d'un dispositif sensible aux rayons Y qui ont traversé le composant. Le mélangeur peut être installé dans le premier cir- cuit de recyclage, ou dans le seul circuit de recyclage, pour intro- duire du gaz nucléant dans le composant liquide qui retourne à la cuve à partir de la sortie contrôlée mentionnée plus haut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est le schéma d'un appareil selon l'invention pour introduire un gaz dans un composant liquide d'un système de moulage par injection et réaction; et la figure 2 est une coupe axiale à plus grande' échelle d'un mélangeur de l'appareil représenté sur la figure 1. L'appareil représenté fournit un polyol liquide chargé de gaz pour un système de moulage de polyuréthanne servant à la production de tableaux de bord d'automobiles, l'autre compo- sant du système étant un isocyanate liquide Le polyol liquide est introduit dans-une cuve 10 à travers un tuyau d'arrivée 12 qui débouche dans le sommet de la cuve L'introduction s'effectue de manière que le niveau du polyol dans la cuve soit maintenu automa- tiquement à une valeur prédéterminée, par exemple, de façon connue, par un dispositif sensible au niveau et commandant une valve d'admission (non représentée) dans le tuyau d'arrivée 12 Selon une disposition également connue, la cuve 10 contient un agitateur 14 commandé par un moteur 16 à vitesse variable. Le volume au-dessus du polyol liquide dans la cuve 10 est rempli d'un gaz qui est neutre par rapport au polyol, d'air sec ou d'azote par exemple, et qui forme un recouvrement gazeux au- dessus du polyol. Ce gaz entre en haut de la cuve par un tuyau d'ar- rivée 18 qui contient un régulateur de pression électronique 20 pour maintenir la pression du recouvrement gazeux à l'intérieur de la cuve 10 à une valeur prédéterminée allant d'environ 345 à environ 380 k Paen introduisant du gaz dans la cuve chaque fois que la pres- sion du recouvrement gazeux tombe sous la valeur prédéterminée Cette pression contribue au maintien du niveau désiré de nucléation du polyol Une soupape de sûreté 21 est en outre prévue au sommet de la cuve 10 pour détendre la pression du recouvrement gazeux si, pour une raison quelconque, cette pression monte au-dessus d'environ 380 k Pa par exemple. L'appareil représenté comprend un circuit de recyclage dont la première partie est constituée par un tuyau de sortie 22 contenant une pompe 24 pour transporter du polyol du fond de la cuve 10 à une sortie contr 8 lée sous forme d'un cylindre doseur 26 de type connu, par lequel du polyol est introduit dans un moule (non représenté) Le polyol qui n'est pas introduit dans le moule par le cylindre doseur 26 est renvoyé à la partie supérieure de la cuve 10 à travers une canalisation 28 Après avoir quitté le cylindre 26, le polyol retournant vers la cuve par la canalisation 28 tra- verse d'abord un échangeur de chaleur 30 qui est alimenté en vapeur ouun autre fluide chauffé pour maintenir le polyol à la tempéra- ture désirée, habituellement d'environ 320 C. Après l'échangeur 30, le polyol traverse un mélangeur 32 à changement de direction, o il est chargé d'un gaz nucléant. Ensuite, le polyol traverse un mélangeur 33 du type en ligne ou dans la canalisation, qui est un mélangeur du type connu o le gaz nucléant et le polyol liquide sont mélangés davantage pour assurer que le gaz qui vient d'être introduit et le liquide soient mélangés intimement. Comme on peut le voir sur la figure 2, le mélangeur 32 à changement de direction possède un corps 34 en forme de T, avec une entrée de polyol 36 qui débouche dans un alésage 38 du corps 34. L'alésage 38 forme à une extrémité une sortie de polyol 40 qui est perpendiculaire à l'entrée 36 Un raccord 42 d'entrée de gaz est vissé dans l'extrémité opposée de l'alésage 38 et est pourvu d'un passage central 44 par lequel du gaz nucléant est introduit comme décrit plus en détail par la suite Une pièce cylindrique creuse 46 formant un déflecteur de polyol est disposée dans l'alésage 38 et est visséapar une extrémité ouverte au raccord d'entrée de gaz 42. Le déflecteur 46 présente une série de trous 48 dans sa paroi latérale 50, laquelle est espacée de la surface interne du corps 34. Les axes des trous 48 sont parallèles à la direction d'écoulement du polyol liquide pénétrant par l'entrée 36 dans le mélangeur 32. Une pièce tubulaire 52 est vissée dans l'extrémité intérieure du raccord 42 et porte à son autre extrémité une buse 54 qui fait saillie dans un orifice 56 ménagé dans le côté intérieur de la paroi extrême 58 du déflecteur 46, de manière que du jeu -annulaire subsiste entre la buse 54 et la paroi de l'orifice 56. L'orifice 56 se raccorde côté aval à un évasement 60 ménagé dans la paroi extrême 58 et débouchant dans la sortie 40 Le fonctionnement du mélangeur 32 à changement de direction sera décrit dans ce qui va suivre. L'appareil comporte en plus un second circuit de recyclage avec une pompe 62 qui transporte du polyol liquide de la partie inférieure de la cuve 10 à travers un tuyau 64 qui se termine sur le sommet de la cuve 10 En aval de la pompe 62, le tuyau 64 passe par un dispositif de mesure de densité, lequel comprend une source 66 de rayons 7 d'un côté du tuyau 64 et une tête détectrice 68 de l'autre côté du tuyau L'intensité du rayon- nement Y détectée par la tête 68, c'est-à-dire l'intensité des rayons 'Y émis par la source 66 et ayant traversé le polyol liquide dans le tuyau 64, dépend de la masse volumique du polyol dans le tuyau et est par conséquent une mesure du niveau de nucléation ou de la quantité de gaz nucléant contenu dans le polyol liquide. Plus ce niveau est élevé, plus faible est la masse volumique et inversement Une source de rayons Y et une tête détectrice conve- nant à cette application sont fabriquées par Texas Nuclear Company. La tête détectrice 68 fournit un signal électrique de densité (de masse volumique) à un transmetteur 70, lequel envoie un signal correspondant à un appareil de commande 72 Ce dernier compare le signal électrique de densité avec une valeur de densité prescrite et prédéterminée et il produit un signal électrique d'erreur qui est proportionnel à la différence entre le signal de densité et la densité prescrite Le signal électrique d'erreur est envoyé à un transducteur 74 qui le transforme en un signal d'erreur pneumatique correspondant Le signal d'erreur électrique est un courantd'une intensité de 4 à 20 m A, et le signal d'erreur pneuma- tique est une pression de l'ordre de 20 à 105 k Pa. Le signal d'erreur pneumatique est appliqué à un régulateur de débit à commande pneumatique 76 qui est installé dans une tuyauterie 78 venant d'une source de gaz nucléant, une source d'air sec ou d'azote par exemple, contenant un clapet antiretour 80 et aboutissant sur l'entrée 44 du mélangeur 32 Le signal d'erreur pneumatique commande le régulateur 76 de manière que la quantité d'air amenée au mélangeur 32 soit proportionnelle à la différence entre la densité réelle du polyol liquide dans le tuyau de recyclage 64 et la densité requise, c'est-à-dire le niveau de nucléation requis Un enregistreur 82 combiné avec l'appareil de commande 72 enregistre la densité et les signaux d'erreur. Pendant le fonctioanement de l'appareil, le niveau du polyol liquide dans la cuve 10 est maintenu à une hauteur prés déterminée, comme décrit dans ce qui précède, et la pression du recouvrement d'azote, par exemple, est maintenue à une valeur pré- déterminée par le régulateur de pression 20 et la soupape de sûreté 21 La pompe 24 fait circuler on permanence du polyol dans le cir- cuit de recyclage et le cylindre doseur 26 introduit chaque fois que cela est nécessaire une certaine quantité de polyol liquide dans un moule. La pompe 62 fait également circuler en permanence du polyol liquide dans le second circuit de recyclage, o sa densité est mesurée par l'instrument 66,68 à rayons 7/ L'écart par rapport à la densité requise, c'est-à-dire par rapport au niveau de nucléation requis, est détecté et, au moyen de l'appareil de commande 72, un débit correspondant d'air, par exemple, débit qui est proportionnel à l'écart de la densité réelle par rapport à la densité requise, est envoyé dans le mélangeur 32. Le polyol retournant vers la cuve pénètre par l'entrée 36 dans le mélangeur 32 et entre ensuite en majeure partie à travers les trous 48 dans le déflecteur 46 pour sortir par l'orifice 56 de la paroi extrême 58 du déllecteur et la sortie 40 L'air entre dans le mélangeur 32 par le passage 44 et traverse la buse 54, de sorte qu'il est introduit dans le polyol liquide lorsque celui-ci traverse l'orifice 56 L'air est ainsi mélangé complètement et intimement avec le polyol Le mélangeage est encore amélioré par le mélangeur en ligne 33 et par l'agitateur 14 dans la cuve 10. L'appareil selon l'invention est particulièrement utile dans les cas o le polyol liquide possède une masse volumique et/ou une viscosité relativement élevée, comme cela est le cas lorsqu'il comporte une charge L'appareil peut être utilisé aussi pour charger en gaz l'isocyanate liquide également injecté dans le moule. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisa- tion décrite et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifica- tions, sans pour autant sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Appareil pour introduire un gaz dans un composant chimique liquide, destiné à être injecté dans un moule pour matières plastiques à au moins deux composants réactifs, à des fins de germi- nation ou de nucléation du composant, caractérisé en ce qu'il com- prend une cuve ( O), un dispositif ( 12) pour amener le composant dans la cuve, un dispositif ( 18) pour amener un gaz neutre par rapport au composant à l'intérieur de la cuve ( 10), de manière à former un recouvrement gazeux au-dessus du composant liquide, un dispositif ( 20) pour maintenir la pression de ce recouvrement gazeux à une valeur prédéterminée, un circuit de recyclage ( 22, 28) pour transporter le composant de la cuve à une sortie contrôlée ( 26) et pour retourner à la cuve le composant qui n'est pas passé par cette sortie, ainsi qu'un dispositif pour introduire un gaz nucléant ou de germination dans le composant sur le circuit de recyclage, ce dispositif d'intro- duction de gaz comprenant un mélangeur ( 32) qui est traversé par le composant circulant dans le circuit de recyclage et qui introduit le gaz nucléant dans le composant liquide dans la direction d'écou- lement du composant. 2 Appareil selon la revendication 1, dans lequel le mélangeur ( 32) présente un orifice ( 56) qui est traversé par le com- posant et dans lequel fait saillie une buse ( 54), à travers de la- quelle du gaz nucléant est déchargé dans le composant liquide tra- versant l'orifice. 3 Appareil selon la revendication 2, dans lequel le mélangeur ( 32) comporte un premier élément tubulaire ( 46) qui pré- sente l'orifice ( 56) à une extrémité et dans lequel s'écoule le composant liquide avant de traverser cet orifice, ainsi qu'un second élément tubulaire ( 52) disposé dans le premier ( 46), second élément qui porte la buse ( 54) à une extrémité et qui est traversé par le gaz nucléant avant que celui-ci ne soit déchargé par la buse. 4 Appareil selon la revendication 3, dans lequel la direction d'écoulement du composant liquide à travers l'orifice ( 56) du premier élément tubulaire ( 46) est sensiblement perpendicu- laire à la direction d'écoulement du composant liquide à son entrée dans le premier élément tubulaire ( 46) et en ce que le gaz nucléant suit un trajet sensiblement linéaire à l'intérieur du second élé- ment tubulaire ( 52) et à travers la buse ( 54) de celui-ci. -Appareil selon la revendication 1, comprenant un dispositif ( 66, 68) pour mesurer la masse volumique du composant liquide chargé de gaz et un dispositif ( 70, 72, 74, 76) sensible à la masse volumique mesurée du composant pour régler le débit du gaz nucléant à l'entrée du mélangeur ( 32) afin de maintenir la masse volumique du composant à une valeur prédéterminée. 6 Appareil selon la revendication 5, o le disposi- tif pour régler le débit du gaz nucléant règle le débit de ce gaz à l'entrée du mélangeur ( 32) à une valeur qui est proportionnelle à la différence entre la masse volumique mesurée et la masse volumique prescrite et prédéterminée du composant. 7 Appareil selon la revendication 5, dans lequel le dispositif pour mesurer la masse volumique du composant chargé de gaz comporte un second circuit de recyclage ( 64) et un dispositif de mesure de densité ( 66, 68) , le second circuit de recyclage fais -sant circuler le composant liquide chargé de gaz à partir de la cuve ( 10) par le dispositif de mesure de densité ( 66,68) puis de retour à la cuve, le dispositif de mesure de densité comprenant une source ( 66) de rayons ', à partir de laquelle le rayonnement ' traverse le composant liquide chargé de gaz dans le second circuit de recyclage, et un dispositif ( 68) sensible au rayonnement Y ayant traversé le composant liquide chargé de gaz. 8 Appareil selon la revendication 1, dans lequel le mélangeur ( 32) est installé dans le circuit de recyclage ( 22, 28) en vue de l'introduction du gaz nucléant dans le composant liquide sur le trajet de retour de celui-ci depuis la sortie contrôlée ( 26) vers la cuve ( 10).