Brevet FR2563836A1 — publié le 19851108

PROCEDE D'EXPANSION DE MATIERES PLASTIQUES NOTAMMENT EN VUE DE LA FABRICATION DE PIECES ALLEGEES EN UTILISANT DE L'ANHYDRIDE CARBONIQUE, ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention a trait à un procédé d'expansion de matières plastiques, notamment en vue de la fabrication de pièces allègées en utilisant de l'anhydride carbonique et un dispositif pour sa mise en oeuvre. On sait que les pièces allègées sont réalisées par injection d'un agent d'expansion dans une matière polymère. Cet agent d'expansé sion permet d'obtenir, sous des conditions ambiantes, une multitude de petites cellules liées entre elles et remplies de gaz. Dans un premier temps, ce gaz provient de l'agent d'expansion ; il pourra dans le temps etre remplacé par l'air atmosphérique qui migrera vers l'intérieur du produit. Lorsque l'on utilise des matieres thermoplastiques telles que le polystyrène par exemple, l'agent d'expansion peut etre un hydrocarbure (butane, pentane...) ou un hydrocarbure fluoré ou des mélanges de ces produits. Lorsque l'agent d'expansion est mélangé à la matière en fusion dans une enceinte sous pression avant son extrusion vers l'atmosphère : c'est la méthode du gazage direct. Lorsque l'agent d'expansion imprègne la matière dans les conditions ambiantes, il réalisera une pièce allégée lorsque ladite matière sera convenablement chauffée : c'est la méthode de la préimprégnation. Lorsque l'agent d'expansion est mélangé à la matière juste au moment de la polymérisation : c'est le cas des thermodurcissables expansés. Comme les agents d'expansion sont relativement couteux et/ou dangereux, on a imaginé de les utiliser mélangés à de l'anhydride carbonique bien connu pour ses qualités d'inertage. La méthode consiste à injecter (voir fig.l) le CO2 (1) parallèlement à l'agent habituel (2) au niveau d'une vis d'extrusion (3) au moyen de systèmes de compression (4) et (5) et de répartition de débit convenables (6) et (7). Par exemple sur une machine permettant de réaliser du polystyrène expansé (8), en gazage direct au moyen de C02 et d'hydrocarbure fluoré, à partir de polystyrène brut (9), on injecte ces deux agents au niveau de la vis d'extrusion (3) sous une pression de 150 à 350 105 Pa. Malheureusement il y a de grandes difficultés a réaliser la compression du C02 à des valeurs atteignant plusieurs dizaines de mégapascals et avec de faible débits (de 0,1 à 10 kg/h). On en est généralement réduit a utiliser du CO2 gazeux alors qu'il serait plus économique d'opérer en phase liquide. Par ailleurs, dans les deux cas, il s 1avère que l'étanchéité des appareils et le maintien d'un débit régulier sont toujours très délicats à assurer. C'est pourquoi on préfère se limiter aux hydrocarbures fluorés ou non, sans C02, en raison de leur plus faible tension de vapeur, ce qui facilite leur pompage, mais fait retomber dans l'inconvénient d'un coût élevé et de la présence de nuisance. Or maintenant on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un procédé d'injection de C02 en vue de l'expansion de matières plastiques en présence d'un autre agent d'expansion, caractérisé par le fait que l'on réalise la dissolution du C 2 en continu dans un agent d'expansion hydrocarboné avant de comprimer le mélange obtenu à la valeur de la pression d'injection dans la matière plastique. Selon l'invention il suffit de réaliser le mélange a une pression dite de gavage supérieure ou égale a la pression de dissolution du C02 dans l'agent d'expansion hydrocarboné. Selon une forme avantageuse de mise en oeuvre de la présente invention, le CO2 est prélevé dans une enceinte de stockage correspondant suivant la température à des valeurs de pression usuelles de l'ordre de 10 à 100 105 Pa. Cette pression peut être relevée si nécessaire pour atteindre la valeur de pression a laquelle on injecte le C02 dans l'agent d'expansion hydrocarboné pour assurer sa dissolution. Puis on injecte le mélange après lui avoir fait subir une compression à une valeur de la pression comprise entre 50 et 500 105 Pa. De manière inattendue, on a alors observé qu'il devenait facile de régulariser la pression en amont de la pompe d'injection ainsi que le débit du C02 par un dispositif simple tel qu'un restreint ou autre système provoquant un effet de laminage sur le flux gazeux de C021 et ceci même lorsque la pression de gavage est générée par une pompe à piston alternatif. La matiere plastique est notamment constituée par des poly amylènes aromatiques ou aliphatiques, en particulier on met en oeuvre du polystyrène ou dés polyoléfines telles que polyéthylène ou polypropylène. On peut aussi expanser des résines thermodurcissables telles que résines phénoliques ou polyuréthanes. On peut encore faire appel a toute matière susceptible d'être allégée telle que polyamide. L'agent d'expansion hydrocarboné est notamment du groupe des hydrocarbures halogénés tels renfermant du chlore et du fluor et commercialisés sous le marque FREONe. On peut aussi utiliser tout hydrocarbure saturé ou non mis habituellement en oeuvre. La présente invention peut être notamment mise en oeuvre dans une installation telle qu'explicitée figure 2. Un agent d'expansion hydrocarboné (2) est alimenté grâce à une pompe de gavage (11) dans un mélangeur-dissolveur (10) où arrive unflux de C02 traversant un robinet à aiguille (12r. Le mélange est ensuite comprimé par passage dans une pompe d'injection (14) par exemple de type à piston alternatif qui envoie le mélange (15) dans une boudineuse (3) alimentée en polymère à expanser (9) lequel se transforme en polymère expansé (8). Eventuellement, la pression en CO2 est relevée par une pompe (13). EXEMPLE Avec le dispositif selon l'invention, on réalise l'expansion de polystyrène avec un débit de polystyrène brut de 200 kg/h en utilisant comme agent d'expansion du C C13 F (FREONe F 11 ou R 11) que l'on mélange en continu avec du CO2 sous 40 105 Pa, puis que l'on injecte dans la boudineuse (3) sous une pression de 210 Pa. Le produit obtenu (polystyrène expansé) présente des caractéristiques de densité et de dimension de cellule qui peuvent être contrôlées en faisant varier le taux de C02 dans le mélange C02- FREON#. Ce contrôle qui permet d'obtenir des densités et dimensions de cellule variables selon ce qui est désire, constitue un avantage significatif apporte par la présente invention. REVENDICATIONS 1) Procédé d'injection de C02 en vue de l'expansion de matières plastiques en présence d'un autre agent d'expansion, caractérisé par le fait que l'on réalise la dissolution du CO2 dans un agent d'expansion hydrocarboné avant de comprimer le mélange obtenu à la valeur de la pression d'injection dans la matière plastique. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on réalise le mélange à une pression supérieure ou égale à la pression de dissolution du C02 dans l'agent d'expansion hydro carboné. 3) Procédé selon l'une des-revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on alimente le CO2 dans agent d'expansion hydrocarboné à une pression de 10 à 100 105 Pa et le mélange dans la matière plastique à une pression de 50 à 500 105 Pa. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la matière plastique est du groupe du polystyrène, du polyéthylène, polypropylène, polyuréthanes et polyamides. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'agent d'expansion hydrocarboné est du groupe des hydrocarbures renfermant du chlore et du fluor. 6) Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qutil comprend - un mélangeur dissolveur (10) dans lequel sont alimentés un agent d'expansion hydrocarboné par une pompe de gavage (11) et un flux de C02 traversant un robinet à aiguille (12) - et une boudineuse (3) dans laquelle est alimenté en polymère à expanser (9) le mélange (15) issu du mélangeur (10).