Brevet FR2558103A1 — publié le 19850719

PROCEDE DE MOULAGE PAR INJECTION, A FROID, DE MATERIAUX COMPOSITES THERMODURCISSABLES ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne une nouvelle techni- que de moulage par injection, à froid, de matériaux composites thermodurcissables,dontle liant est constitué par une résine poly- ester, phénolique ou époxy. Actuellement l'injection de grandes pièces avec des matériaux composites à liant de résines thermodurcissables, communément dénommés BMC,fait appel aux techniques tradition- nelles, issues du moulage par compression à chaud des thermo- durcissables ou du moulage par injection des thermoplastiques. Misesà part diverses améliorations concernant princi- palement les équipements périphériques, ces techniques utilisent toujours la phase de fluidification sous l'action de la chaleur de ces matériaux, pour procéder à leur injection sous pression dans un moule fermé. Si dans le cas des matériaux thermoplastiques, ce principe de moulage conserve toute sa valeur, dans le cas des thermodurcissables charges, il présente des inconvénients im- portants, liés à leur cycle de transformation irréversible. En effet, ce cycle consiste en la succession des phases suivantes: apport de chaleur, fluidification, injection, durcissement, les deux premières phases s'effectuant en amont du moule et les deux phases suivantes au niveau du moule. Afin d'augmenter la cadence de moulage, la phase d'injection est effectuée aussi près que possible de la phase de durcissement avec comme corollaire l'augmentation du risque de durcissement anarchique du matériau, durant le remplissage -- 2 -- 81 du moule ou en amont dans l'appareillage d'injection. Il convient donc de procéder à l'injection dans le temps le plus court, ce qui implique une vitesse d'injection élevée, une forte pression et une grande vitesse d'écoulement aux travers de canaux à faibles sections. Les renforts fibreux du matériau composite se trouvent dégradés au cours d'un tel processus. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle technique permettant d'utiliser la plasticité maximale du ma- tériau froid pour procéder à l'injection. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de moulage par injection, à froid, de matériaux composites ther- modurcissables, caractérisé en ce qu'il consiste successivement et sans temps-mort entre les différentes phases, à introduire et malaxer les divers constituants du matériau à injecter, à introduire le mélange obtenu, dès la fin du malaxage et direc- tement, de la zone de malaxage dans l'unité d'injection, puis à injecter ledit mélange, à la température à laquelle il se trouve, dans un moule chauffé par l'intermédiaire d'une fi- lière de section allongée et de relativement faible hauteur, et à sectionner en fin d'injection la nappe de matière au droit de la filière et au droit de l'orifice d'injection dans le mou-.. le. Un tel.procédé permet d'utiliser la plasticité du matériau composite qui est maximale à la fin du malaxage, cette plasticité étant suffisante pour permettre l'injection sans apport de chaleur, cette dernière, nécessaire au durcissement étant apportée par le moule chauffé à la matière qui vient d'être injectée. Il n'est donc plus nécessaire de chauffer l'unité d'injection. En outre, l'utilisation d'une filière délivrant dans le plan de joint du moule une nappe susceptible d'avoir une épaisseur atteignant l'épaisseur de la pièce à mouler et une largeur atteignant celle de ladite pièce, permet de réduire la pression d'injection à quelques dizaines de Kg/cm2 au lieu des pressions habituelles de l'ordre de 1000 à 2Q00 Kg/cm2 avec une buse d'injection traditionnelle. Ainsi, c'est toute la conception et l'architecture de la presse et du moule qui s'al- -3- lègent et deviennent sensiblement moins coûteuses. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un appareillage destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'in- vention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard du dessin annexé sur lequel: - La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe verticale longitudinale d'une unité d'in- jection à laquelle sont associés un malaxeur et une filière conformes à l'invention et, - Figure 2 représente une vue de dessus de l'extré- mité du dispositif de la figure 1, côté filière. Le dispositif représenté sur le dessin comprend un malaxeur 1 à deux étages superposés 2 et 3,communiquant à sa partie inférieure avec l'intérieur du fourreau d'une vis-pis- ton 4 d'une machine d'injection sous pression de type classi- que. L'étage supérieur 2 du malaxeur est muni de conduits , 6 et 7 d'introduction des divers composants du matériau thermodurcissable, à savoir des charges minérales, des rési- nes et adjuvants et des charges fibreuses. Les deux étages 2 et 3 comportent chacun un arbre horizontal 8 de malaxage entraîné en rotation par des moyens - appropriés et sont-séparés par une cloison horizontale 9 es- camotable à l'aide d'un vérin hydraulique ou pneumatique 10. La vis-piston 4 est,à la manière bien connue, mon- tée mobile en translation horizontale dans son fourreau à l'aide d'un vérin hydraulique 11 ainsi qu'en rotation par des moyens appropriés non représentés. A l'avant de la vis-piston 4, la chambre d'injection 12 communique avec l'orifice d'une filière 13 dont le canal d'injection 14, obturable par une lame-guillotine 15 mue par un vérin hydraulique 16, présente une section qui va en s'é- largissant (figure 2) de manière qu'à l'extrémité de la fi- lière soit délivrée une nappe de section allongée, de faible épaisseur et relativement large. L'orifice d'injection de la filière 13 est appliqué au cours de l'injection dans le plan de joint du moule symbo- lisé en 17, en regard de l'orifice d'injection. On peut ainsi, -4-- en conformant en conséquence la filière 13, injecter dans le moule 17 une nappe de matière dont l'épaisseur peut attein- dre la hauteur de la cavité de moulage 18, c'est-à-dire l'é- paisseur de la pièce à mouler, et dont la largeur peut attein- dre la largeur de ladite cavité 18, c'est-à-dire la largeur de la pièce. La section de la nappe peut être rectangulaire ou avoir un contour variable épousant la section de la pièce à mouler. Une lame-guillotine 19 mue par un vérin hydraulique est susceptible d'obturer l'entrée de la cavité de moulage 18. Pendant la phase d'approvisionnement en composants primaires la cloison 9 isole la partie supérieure 2 du mala- xeur de la partie inférieure, afin d'éviter de charger la vis- piston d'un mélange non-homogène et de constituer une réser- ve assurant un fonctionnement en continu. Les constituants (nature et proportions) sont ceux habituellement utilisés pour l'obtention des matériaux compo- sites thermodurcissables connus. La phase de pré-malaxage étant terminée la cloison 9 est escamotée hors du malaxeur 1 afin d'approvisionner l'é- tage inférieur 3. Cet étage inférieur charge par bourrage la vis-pis- ton 4 qui est entraînée en rotation. Le matériau composite est envoyé sous pression dans la chambre 12. La lame-guillotine 15 étant abaissée le volume de matière de la chambre augmente et fait reculer la vis-pis- ton 4. Pour opérer l'injection on applique lemoule 17 con- tre la filière 13 comme schématisé sur le dessin et les lames- guillotines 15 et 19 (qui sont synchronisées) sont relevées. Le vérin 11 repousse la vis-piston 4 et force le matériau de la chambre 12 à remplir la cavité 18 du moule. Dès la fin de l'injection les lames-guillotines 15 et 19 sont rabaissées pour sectionner la nappe d'injection. La chambre 12 est de nouveau isolée et le cycle remplissage-injection peut recommencer aussitôt. Le moule 17 est chauffée par des moyens classiques -5 (chauffage individuel ou défilement des moules dans une en- ceinte chauffante en cas de moule multiples) afin d'apporter au matériau injecté la chaleur nécessaire au durcissement. Il n'est donc plus nécessaire de prévoir le chauffage de l'u- nité d'injection comme il était nécessaire de le faire jus- qu'à maintenant avec les techniques d'injection connues. Du fait des dimensions importantes de la nappe d'injection la pression d'injection est de l'ordre de 20 à 100 kg/cm2 au lieu des pressions habituelles de l'ordre de 1000 à 2000 kg/cm2. Les avantages de l'injection à froid conformément à l'invention sont multiples et permettent de déboucher sur les marchés demandeurs de grandes pièces à forte cadence de production (automobile, batiment, etc...). Parmi ces avantages on peut citer: - la diminution importante du prix de revient du matériau composite, élaboré sur son lieu d'utilisation. - la supression du risque de durcissement anarchique du matériau composite en amont du moule. - la diminution importante de la pression d'injection liée à la forte augmentation de la surface du seuil d'entrée du matériau dans le moule, avec pour conséquence la di- minution de la résistance mécanique habituellement de- mandée aux outillages, et de leur coût. - la diminution des pression nécessaires à la fermeture du moule. - l'augmentation des capacités d'injection (volume et sur- face frontale des pièces). - l'augmentation des cadences de moulage, cette cadence pouvant approcher le temps d'injection, selon le nombre de moules en service. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les formes, dimensions et agencements de la filière d'injection, la structure de l'unité d'injection et l'agence- ment de l'unité de malaxage 1 directement raccordée à l'uni- té d'injection. O aO o - 6 - R E V E N D I C A T IONS =:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:= 1. Procédé de moulage par injection, à froid, de ma- tériaux composites thermodurcissables, caractérisé en ce qu'il consiste successivement et sans temps-mort entre les différen- tes phases, à introduire et malaxer les divers constituants du matériau à injecter, à introduire le mélange obtenu, dès la fin du malaxage et directement, de la zone de malaxage (1) dans l'unité d'injection (4, 5), puis à injecter ledit mélange, à la température à laquelle il se trouve, dans un moule chauffé (17) par l'intermédiaire d'une filière (13) de section allongée et de relativement:faible hauteur, et à sectionner en fin d'injection la nappe de matière au droit de la filiè- re (13) et au droit de l'orifice d'injection dans le moule (17). 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le malaxage estopéré en deux temps,le premier consis- tant à approvisionner en composants primaires et à pré-malaxer ceux-ci, à froid, et le second consistant à transférer lesdits composants pré-malaxés dans une zone (3) formant sa intermé- diaire entre la zone de pré-malaxage (2) et l'orifice de char- gement de l'unité d'injection (4), le matériau étant soumis en permanence à un malaxage,à froid, dans ladite zone sas (3). 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il com- prend une unité d'injection (4) de matériau composite thermo- durcissable, une unité (1) de malaxage dudit matériau dont l'orifice de délivrance du matériau malaxé est relié directe- ment à l'orifice d'alimentation de l'unité d'injection, et une filière (13) d'injection du matériau dans la cavité (18) d'un moule (17), conformée de manière à délivrer au droit de l'o- rifice de ladite cavité, dans le Dlan de joint du moule, une nappe de matière de forme allongée dont les dimensions sont inférieures ou égales à celles de la pièce à mouler, la filière (13) et le moule (17) étant munis de lames-guillotines (15, 18) de sectionnement de ladite nappe en fin d'injection. 4. Dispositif suivant la revendication 3 caractéri- sé en ce que l'unité de malaxage (1) comprend deux étages -7- (2, 3) superposés,séparables par une cloison escamotable (9), le premier étage ou étage supérieur (2) étant muni de moyens (5, 6, 7) d'amenée des composants et de moyens () de malaxa- ge, cependant que l'étage inférieur (3) communique directement avec l'orifice d'alimentation de l'unité d'injection (4) et est également muni de moyens (8) de malaxage. o o o *1