Brevet FR2561571A1 — publié le 19850927

DISPOSITIF AUTONOME ET AUTOMATIQUE DE PRODUCTION RAPIDE DE MOUSSE POLYURETHANE La présente invention se rapporte d'une façon générale aux techniques de production de mousse polyuréthane par mélange d'un isocyanate avec un poly- alcool, notamment le polyol. Dans l'industrie, la production de telles mousses polyuréthane est généralement réalisée par des machines à deux composants, comportant deux réservoirs distincts qui assurent le dosage des produits de dé- part à l'aide de pompes volumétriques à haute pres- sion. Ces dispositifs, qui sont bien adaptés à des installations lourdes pour une fabrication en continu, ont un temps de fonctionnement relativement long et ne répondent que très imparfaitement au problème de la production rapide d'une grande quantité de mousse po- lyuréthane sur les lieux mêmes de son utilisation, no- tamment en raison des impératifs de poids et d'encom- brement qui sont incompatibles avec la réalisation d'un système portable. D'autres moyens pour mettre en oeuvre les produits de base de préparation d'une mousse polyuré- thane ont été conçus tels que le mélange à basse pres- sion par agitateur mécanique, par exemple par hélice immergée, en aval d'un système de dosage volumétrique. Un tel dispositif est toutefois relativement complexe si l'on veut en rendre le fonctionnement automatique et fiable en n'importe quel endroit ou une interven- tion est nécessaire. Or, on a trouvé qu'il était possible d'uti- liser la production in situ et rapide de grandes quan- tités de mousses polyuréthane pour protéger des objets précieux tels qu'on en trouve par exemple dans les banques et dans les coffres de ces mêmes établisse- ments en les dissimulant rapidement au sein d'une telle mousse qui consitueuneenveloppedisuasiveetimpenétra- ble pour tout tiers qui serait animé de mauvaises in- tentions à l'égard de ces mêmes objets précieux. La présente invention a précisément pour ob- jet un dispositif autonome et automatique de produc- tion rapide de mousse polyuréthane qui répond aux im- pératifs précédents et qui, fonctionnant à moyenne pression de l'ordre de 20 à 40 bars, a comme caracté- ristique essentielle d'être hydropneumatique, c'est- à-dire qu'il ne comporte aucune partie mécanique acti- ve mais seulement des éléments passifs et fiables qui supportent bien le vieillissement. Ce dispositif autonome et automatique de production rapide du genre de ceux dans lesquels ladi- te mousse est produite par mélange d'un isocyanate avec un polyalcool, notamment le polyol, se caractéri- se en ce qu'il comporte: - un réservoir de stockage étanche à deux comparti- ments dont chacun conserve l'un des produits précé- dents, la partie haute du réservoir étant munie d'un déclencheur à propergolsoide générateur d'un gaz de pressurisation du réservoir, - à la partie basse du réservoir de stockage, un mé- langeur à seuil de pression dont le fonctionnement est commandé automatiquement par la pression régnant dans le réservoir, et comportant une chambre de mé- lange dans laquelle parviennent sous l'effet de cet- te même pression l'isocyanate et le polyol par des buses d'injection latérales produisant une mise en rotation du mélange, le polyol étant préalablement émulsionné par un gaz neutre, tel que l'air ou l'azote, en provenance d'un récipient de stockage sous pression dont l'ouverture est commandée égale- ment de façon automatique par l'entrée en fonction- nement du mélangeur à seuil. On voit par conséquent que le dispositif selon l'invention, qui permet un stockage prolongé et sans problème des produits de base, est capable de réaliser automatiquement sur une simple commande de mise à feu d'un système à poudre, la production locale et rapide de grandes quantités de mousse polyuréthane protectrice vis-à-vis d'objets précieux que l'on veut dérober rapidement à la vue d'un agresseur éventuel. Le dispositif ne comporte aucune pièce mécanique acti- ve, notamment tournante, et c'est uniquement la pres- sion engendrée par l'explosion du déclencheur à poudre qui commande la mise en fonctionnement automatique de l'appareil et la production rapide de la mousse. Selon une caractéristique importante du dispositif objet de l'invention, l'organe de déclen- chement du mélangeur est une gâchette manométrique à seuil de pression pouvant coulisser dans un canal rec- tiligne entre une position de stockage o elle est maintenue en place par une goupille cisaillable cali- brée et une position de fonctionnement dans laquelle elle libère l'écoulement de l'isocyanate, du polyol et du gaz d'émulsion dans la chambre de mélange, le pas- sage de la position de stockage à la position de fonctionnement étant commandé par l'apparition dans le réservoir de stockage d'un seuil de pression qui agit sur la tête de la gâchette, et la contraint à rompre la goupille calibrée et à se déplacer en translation dans son canal rectiligne. Cette gâchette manométrique fonctionne par conséquent comme un tiroir dont le déplacement est commandé par la pression engendrée dans le réservoir de stockage à la suite de l'explositon du déclencheur à poudre; elle est réglée pour être sensible à un seuil de pression, concrétisé par la résistance méca- nique d'une goupille cisaillable s'opposant en temps normal à sa translation dans son canal rectiligne. Différents moyens connus peuvent être mis en oeuvre pour assurer la mise en écoulement simultanée sous pression de l'isocyanate, du polyol et du gaz émulsifiant dans la chambre de mélange à partir du déplacement de la gâchette manométrique. Dans une réa- lisation préférée de l'invention toutefois, ce résul- tat est obtenu à l'aide de soupapes fermant les par- ties inférieures des réservoirs d'isocyanate et de polyol et qui viennent, sous l'effet de la pression, s'enfiler dans des ouvertures pratiquées dans la gâ- chette manométrique libérant ainsi l'écoulement des produits dans des canaux prévus à cet effet et les dirigeant vers la chambre de mélange; dans cette même réalisation préférée de l'invention, le récipient de gaz inerte est en communication avec une tête cisail- lable, située dans le canal rectiligne de déplacement de la gâchette manométrique et que celle-ci vient ci- sailler lors de sa translation, libérant ainsi l'échappement du gaz. Selon une caractéristique également inté- ressante de la présente invention, l'arrivée de 1'iso- cyanate et du polyol dans la chambre de mélange se fait à la partie supérieure selon deux buses d'injec- tion décalées par rapport à l'axe de la chambre de façon à induire dans celle-ci un mouvement rotatoire tourbillonnaire du mélange ainsi créé; à la sortie de la chambre de mélange est située une crépine à plu- sieurs orifices latéraux pour provoquer localement un écoulement turbulent et augmenter ainsi l'homogénéité du mélange émulsionné. De toute façon, l'invention sera mieux com- prise en se référant à la description qui suit d'un exemple de réalisation du dispositif de production de mousse polyuréthane. Cette description qui sera donnée à titre surtout indicatif et non limitatif se fera en référence aux figures 1 à 3 ci-jointes, sur lesquel- les: - la figure 1 montre le schéma d'implanta- tion générale du dispositif objet de l'invention, - la figure 2 montre le détail de réalisa- tion du mélangeur à seuil de pression situé à la base du réservoir de stockage, - la figure 3 montre selon une coupe AA de la figure 2 la disposition des buses d'injection des deux composants dans la chambre de mélange. Sur la figure 1, on a représenté le réser- voir étanche 1 qui comprend deux compartiments concen- triques également étanches, à savoir un compartiment central 2 comportant par exemple l'isocyanate de for- mule RNCO dans laquelle R est un radical alkyl, et le compartiment externe périphérique 3 renfermant le polyol. Ces deux réservoirs étanches permettent faci- lement d'inclure dans le polyol la quantité utile d'agents porogènes sans aucun risque de variation de la composition de ce mélange au cours du temps. A la partie supérieure du réservoir 1, est prévu M déclencheur à propergol ou dit"à poudreexplsivé"4 qui peut libérer sous l'action d'un ordre de déclenchement ve- nant du déclencheur 5 par le fil 6 un volume de gaz chaud sous pression élevée qui produit le claquage des opercules 7 et 8 et permet à ce gaz sous pression de se répandre librement dàns les compartiments 2 et 3 du réservoir 1. Toute l'énergie ainsi nécessaire au fonc- tionnement du dispositif est libérée en un temps très court, ce qui est spécialement avantageux pour sa mise en oeuvre rapide et automatique. A la partie basse du réservoir de stockage 1, se trouve un mélangeur à seuil de pression 9 que l'on verra plus en détail ensuite sur la figure 2, et qui assure, à partir d'un ordre de déclenchement du déclencheur 5, le mélange et l'émulsion correcte de l'isocyanate et du polyol contenus dans les comparti- ments 2 et 3, leur émulsion étant produite par un gaz neutre stocké sous pression dans un réservoir 10 et conduit au mélangeur 9 par la canalisation 11. Ce gaz neutre sous pression peut être de nature quelconque, pourvu qu'il n'agisse pas chimiquement sur les compo- sants producteurs de la mousse; c'est de façon cou- rante, par exemple de l'air ou de l'azote. Le mélange ainsi produit et émulsifié est évacué vers l'extérieur par la canalisation 12 vers son lieu d'utilisation immédiate. Dans une variante, un second réservoir pour- rait être prévu, en parallèle avec le réservoir 10, et contenant un gaz toxique lacrymogène ou paralysant, en vue de produire un effet particulier sur l'environne- ment humain. Sur la figure 2, on a représenté plus en détail le mélangeur à seuil de pression 9 au sommet duquel on reconnaît les compartiments 2 et 3 du réser- voir 1, qui communiquent avec le mélangeur 9 respecti- vement par les canalisations 13, 14 et 15. Ce mélan- geur à seuil de pression 9 comporte essentiellement une gâchette manométrique 16 pouvant se mouvoir en translation rectiligne dans un canal 17 sous l'effet de la pression régnant dans le compartiment 3 et transmise par le conduit 13 sur la tête 18 de la gâ- chette manométrique 16, conçue à cet effet en forme de tête de piston. La translation de cette gâchette mano- métrique 16 dans le canal 17 est empêchée, en temps normal, par une goupille cisaillable 19 dont la résis- tance mécanique est calibrée pour qu'elle résiste jusqu'à l'apparition d'un seuil de pression dans le compartiment 3 correspondant à la mise à feu du dé- clencheur à poudre 4. Cette gâchette manométrique com- porte deux orifices 20 et 21 qui la traversent de part en part et dont le rôle sera expliqué ultérieurement. Dans l'extrémité du canal 17 débouche égale- ment la canalisation 11 d'amenée du gaz émulsifiant laquelle se termine par une tête 22 comportant un point d'affaiblissement dont le rôle est de permettre son cisaillage facile lors d'une translation éventuel- le de la gâchette manométrique 16. Des canalisations 23 et 24 conduisent res- pectivement l'isocyanate et le polyol des comparti- ments 2 et 3 du réservoir 1 vers la chambre de mélange de ces deux produits. Elles se terminent, à leur entrée dans cette chambre 25 par deux buses 23a et 24a. Une canalisation 26 permet l'arrivée du gaz d'émulsion à partir de la conduite 11 dans la conduite 24 d'amenée du polyol à la chambre de mélange 25 Les ouvertures 14 et 15 sont normalement fermées en position de stockage des produits par des soupapes 27 et 28 qui viennent en butée contre des parties pleines de la gâchette manométrique 16. Enfin, une crépine 29, percée de trous, est située entre la chambre de mélange 25 et le début de la canalisation de sortie 12 des produits mélangés et émulsionnés. Le fonctionnement du système est le suivant. Lorsqu'à la suite du déclenchement du déclencheur à poudre 4, une pression importante s'exerce dans les compartiments 2 et 3 sur l'isocyanate et le polyol, la gâchette manométrique 16 est soumise à la pression résultant de l'action des gaz précédents sur la tête de piston 18. Lorsque cette pression dépasse le seuil de tarage de la goupille cisaillable 19, celle-ci se rompt, libérant ainsi la gâchette manométrique 16 qui se déplace, sur la figure 2, en translation vers la droite. Ce déplacement en translation a trois coas' qaences. D'aie part, il permnet aux supapaes 27 et 28; 331ennt so]flL5ses à la pressio3 rgnant d*ls les ceomn- partiments 2 et 3, de s'enfiler dans les orifices 20 et 21 au droit desquels elles se situent, libérant ainsi l'ouverture des orifices 14 et 15 et le libre passage de l'isocyanate et du polyol dans les canalisations 23 et 24 leur permettant ainsi d'attein- dre la chambre de mélange 25. En même temps, la tête 22 de la canalisation 11 est cisaillée par l'extrémité de la gâchette manométrique 16 libérant ainsi le gaz d'émulsion dans la conduite 26 et lui permettant de rejoindre le polyol de la conduite 24 vers la chambre de mélange 25. Sur la figure 3, on voit que l'arrivée des canalisations 23 et 24 dans cette chambre 25 est pré- vue sous forme de deux buses 23a et 24a, excentrées par rapport à l'axe de cette chambre, ce qui permet au polyol et à l'isocyanate déversés par les buses 23a et 24a, d'amorcer dans la chambre 25 un mouvement tour- billonnaire simulé par les flèches F. La crépine 29 située en aval du système permet alors, grâce aux nombreux trous dont ses parois latérales sont munies, de fractionner le mélange initial en provoquant un écoulement localement turbulent. L'association des deux buses d'injection 23a et 24a et de la crépine 29 permet d'obtenir une homogénéité parfaite du mélange des constituants, indispensable pour garantir la qua- lité de la mousse de polyuréthane finalement délivrée dans la canalisation 12. Le gaz injecté à partir du récipient 10 par la canalisation 11 dans le canal 24 du polyol, réalise une émulsion très fine du mélange. L'isocyanate et le polyol ainsi traités sont ensuite dosés et intimement mélangés dans la chambre 25. Le dosage des produits est en effet assuré par réglage des buses d'injection 23a et 24a, réglage qui prend en compte la pression de fonctionnement et la viscosité des produits dans la gamme de température en cause. Le mélange intime des produits est bien assuré, conformément à l'invention, par la disposition désaxée des buses 23a et 24a qui créent un écoulement tourbillonnaire dans la chambre de mélange 25. Le dispositif objet de l'invention fonc- tionne parfaitement de façon autonome automatique et rapide en n'importe quel lieu d'utilisation et est en- tièrement automatique à partir de l'ordre électrique initial du circuit 5 qui provoque la mise à feu de la pressurisation pyrotechnique à l'aide du déclencheur 4. L'absence en aval de tout dispositif mécanique com- plexe ou mobile assure à ce système un niveau de fia- bilité très élevé et le stockage des produits dans des réservoirs étanches scellés constitue la meilleure ga- rantie de longévité de ceux-ci. Enfin, on peut noter que la puissance du générateur de gaz 4 associé à la capacité importante de la chambre de mélange 25 permet la production très rapide en quantité importante de mousse de polyuréthane. REVENDICATIONS 1. Dispositif autonome et automatique de production rapide de mousse polyuréthane du genre de ceux dans lesquels ladite mousse est produite par mé- lange d'un isocyanate avec un polyalcool, notamment le polyol, caractérisé en ce qu'il comporte: - un réservoir de stockage étanche (1) à deux compar- timents (2,3) dont chacun conserve l'un des produits précédents, la partie haute du réservoir étant munie d'un déclencheur à propergol solide (4) générateur d'un gaz de pressurisation du réservoir, - à la partie basse du réservoir de stockage (1), un mélangeur à seuil de pression (9) dont le fonction- nement est commandé automatiquement par la pression régnant dans le réservoir, et comportant une chambre de mélange (25) dans laquelle parviennent sous l'ef- fet de cette même pression l'isocyanate et le polyol par des buses d'injection latérales (23a, 24a) pro- duisant une mise en rotation du mélange, le polyol étant préalablement émulsionné par un gaz neutre, tel que l'air ou l'azote, en provenance d'un réci- pient de stockage sous pression (10) dont l'ouvertu- re est commandée également de façon automatique par l'entrée en fonctionnement du mélangeur à seuil (9). 2. Dispositif autonome et automatique de production rapide de mousse polyuréthane selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que l'organe de dé- clenchement du mélangeur (9) est une gachette manomé- trique à seuil de pression (16) pouvant coulisser dans un canal rectiligne (17) entre une position de stocka- ge o elle est maintenue en place par une goupille cisaillable calibrée (19) et une position de fonction- nement dans laquelle elle libère l'écoulement de l'isocyanate, du polyol et du gaz d'émulsion dans la chambre de mélange, le passage de la position de stockage à la position de fonctionnement étant comman- dé par l'apparition dans le réservoir de stockage (1), d'un seuil de pression qui agit sur la tête (18) de la gâchette, et la contraint à rompre la goupille cali- brée (19) et à se déplacer en translation dans son canal rectiligne (17). 3. Dispositif autonome et automatique de production rapide de mousse polyuréthane selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la sortie de la chambre de mélange (25) compor- te une crépine (29) à plusieurs orifices latéraux pour provoquer localement un écoulement turbulent et augmenter l'homogénéité du mélange émulsionné.