Brevet FR2561579A1 — publié le 19850927

L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'une pièce moulée de matière plastique en forme de coupole à bord plat, par chauffage d'une plaque plane de matière plastique par rayonnement calorifique jusqu'à l'état ramolli thermiquement, formage de la surface circonscrite par le bord de la plaque par application de pression mécanique ou pneumatique, tandis que le bord est maintenu par une pression de serrage suffisante et n'est pas déformé, et refroidissement de la surface déformée. Dans la technique de formage la plus généralement employée pour la fabrication de pi-ces de ce genre, une plaque de matière plastique est chauffée sur toute sa surface, par le champ d'une source de rayonnement infrarouge, au-dessus de la température de ramollissement, le bord est serré fermement sur un disposi- tif de formage et la surface circonscrite par le bord est défor- mée. Après le refroidissement de la pièce moulée, le serrage du bord est supprimé et la pièce moulée est retirée du dispositif de formage (cf. document interne de la société Imperial Chemi- cal Industries Ltd., 1960, "Acrylic Materials, Shaping by Heat Forming", pp. 12, 13, 64, 65). Ce procédé a pour inconvénient cue le bord plat de la pièce moulée refroidie est voilé irrégulièrement en conséquence de tensions internes et que, pour cette raison, il doit être découpé en règle générale. Les tensions sont dues aux conditions différentes pendant la phase de refroidissement. Alors qu'au- dessous de la température de ramollissement lors du refroidis- sement, les parties non serrées peuvent se contracter thermi- quement, la région bordante fermement serrée n'a pas cette possibilité. On ne peut pas empêcher le gauchissement du bord en détachant les outils de serrage précocément après le refroi- dissement au-dessous de la température de ramollissement, Il se produit des gauchissements encore plus sévères lorsque la plaque serrée est chauffée par rayonnement calorifique dans le dispositif de formage luimême. Toutefois, c'est précisément à un tel mode opératoire que l'on aspire, car il s'agit d'une méthode de fabrication qui nécessite moins de travail. Le but de la présente invention est de fournir un procédé du genre défini en préambule, avec lequel le chauffage de la plaque de matière plastique puisse être effectué dans le dispo- sitif de formage lui-même et avec lequel on puisse fabriquer, en un bref temps de transformation, une pièce moulée de matière plastique en forme de coupole à bord plat, non voilé. En outre, l'opération ultérieure de rognage de la pièce moulée finie doit pouvoir être supprimée. Ce but est atteint d'après l'invention par le fait qu'on ne fait agir le rayonnement calorifique que sur la surface circonscrite par le bord et qu'on laisse le bord exempt de con- traintes ou, tout au plus, on fait agir une pression de serrage qui autorise un mouvement du bord par dilatation thermique, jus- qu'à ce que la surface exposée au rayonnement calorifique ait atteint une température qui se situe immédiatement au-dessous de la température de ramollissement de la matière plastique; après ce moment et avant le début du formage, on augmente la pression de serrage de telle manière que le bord soit maintenu et on poursuit l'action du rayonnement jusqu'à ce que la surface exposée au rayonnement calorifique ait dépassé la température de ramollissement, on met fin à l'action du rayonnement et on déforme la surface réchauffée à la température de déformation, puis on laisse refroidir jusqu'à une température immédiatement inférieure au point de ramollissement, on supprime alors la force de serrage qui agit sur le bord ou on la réduit de telle manière qu'elle autorise des mouvements de contraction thermique et on poursuit le refroidissement. Un tel procédé offre les avantages suivants. On peut mettre en oeuvre des plaques de matière plastique qui ont déjà les dimensions bordantes de la pièce moulée à fabriquer. La pièce moulée en forme de coupole qui est fabriquée comporte un bord plan ou, tout au plus, très faiblement voilé qui, d'une manière générale, ne s'écarte nulle part de plus de 1 cm de la forme plane. En conséquence, on peut se passer d'une opération ultérieure de rognage ou de séparation du bord, ce qui fait qu'on économise les frais de main-d'oeuvre auparavant nécessaires à cet effet et on évite une perte de matériaux. Le bord plat et plan facilite considérablement la pose étanche à l'eau de la pièce moulée sur une construction sous-jacente plane. Le procédé de l'invention convient particulièrement bien pour la fabrication de lumid8mes, et surtout de ceux qui ont une faible hauteur de clé, ou de pièces de matière plastique analogues en forme de cuvette, de bateau, de coupole, etc. et ayant un bord plat. On peut utiliser des plaques planes de matière synthétique d'une épaisseur de 1 à 12 mm par exemple, dans toutes les dimen- sions disponibles. En cas de coupes rectangulaires, les longueurs d'artte se situent le plus souvent entre 300 et 3000 mm, mais des plaques plus grandes ou plus petites peuvent être également transformées. Des plaques rondes, elliptiques, triangulaires ou ayant d'autres formes polygonales peuvent être également transformées avec des outils de serrage correspondants. les plaques de matière plastique qui conviennent peuvent être par exemple en chlorure de polyvinyle, en esters cellulo- siques, en matières synthétiques à base de polystyrène résis- tantes aux chocs ou similaires. Les matières préférées sont le verre acrylique, c'est-à-dire des copolymères de polyméthacry- late de méthyle ou de méthacrylate de méthyle, et les polycar- bonates, en particulier le polycarbonate de bisphénol A. Les matières synthétiques peuvent être transparentes et incolores, ternies en blanc ou en couleur, colorées et opaques ou à motifs de surface. Les surfaces peuvent être lisses, dépolies ou pré- senter toute structure voulue. On utilise de préférence des plaques de verre acrylique ou de polycarbonate lisses et ayant la transparence du verre. Une forme de réalisation appropriée du procédé de l'inven- tion est expliquée ci-après, en référence à la figure. La figure est une vue en coupe transversale du dispositif de formage, la plaque serrée étant représentée avant sa déforma- tion et - en traits discontinus - après sa déformation. Ia plaque de matière plastique 1 peut être mise en place dans le dispositif de formage à l'état froid. Toutefois, on peut réduire le temps de transformation en pré-chauffant la plaque. Sa température doit se situer à 100C au moins au-dessous du point de ramollissement (température de verre selon la DIN 7724); c'est-à-dire qu'elle ne doit pas dépasser 950C dans le cas du verre acrylique et 14000 C dans celui du polycarbonate. Le dispositif de formage comprend un banc 2 et un cadre de serrage inférieur 3 qui est monté sur le banc et qui présente une face supérieure plane. Ia plaque 1 est posée sur cette face. Sur le bord de la plaque est placé, tout d'abord sans forte pression de serrage, le cadre de serrage supérieur 4 qui présen- te une face inférieure plane. Si le cadre de serrage 4 est formé de tubes d'acier de section carrée, il peut reposer sur le bord par son propre poids. En tout cas, la pression de serrage ne doit pas être assez élevée pour empêcher le bord de la plaque de se déplacer en conséquence de la dilatation thermique lors du chauffage de la plaque. Au cas o le cadre est trop lourd et risque de contrecarrer la dilatation thermique, il peut être soulevé quelque peu au moyen de ressorts 5. Dans toute la mesure du possible, la force de serrage doit être suffisante pour répri- mer un gauchissement du bord pendant le réchauffage et pour empocher la plaque ramollie de glisser. Il est particulièrement avantageux d'utiliser des cadres de serrage 3, 4 chauffables. Ils peuvent par exemple contenir intérieurement des rubans chauffants électriques 6, 7. Il est judicieux de choisir une température inférieure d'environ 20 à 50 C au point de ramol- lissement de la matière plastique: par exemple d'environ 55 à 8500 pour le verre acrylique et de 105 à 13500 pour le poly- carbonate. la température des cadres de serrage peut être maintenue en permanence. Dès que le cadre de serrage supérieur 4 a été mis en place, on peut mettre en circuit la source de rayonnement calorifique 8 qui agit sur la plaque de matière synthétique à l'intérieur du cadre de serrage supérieur 4. Ce n'est que quand cette surface a été chauffée de part en part jusqu'à proximité du point de ramollissement que la force de serrage est augmentée, par vissage des moyens de serrage 9, dans une mesure telle que le bord ne se déplace plus lors de la poursuite du réchauffement de la plaque. L'action du rayonnement calorifique est maintenue jusqu'à ce que le point de ramollissement de la matière plasti- que soit dépassé et qu'une température dans la plage de défor- mation thermoplastique ou thermo-elastique soit atteinte. L'expérience a montré qu'un moment favorable pour augmenter la force de serrage se situe après l'écoulement d'une période comprise entre les 2/3 et les 3/4 de la durée totale d'action du rayonnement calorifique jusqu'à ce que soit atteinte la tem- pérature de déformation. Dans cet état, la plaque peut 6tre déformée par des procédés usuels. Elle peut être bombée en forme de coupole par surpression ou dépression pneumatique sans con- tact ou elle peut recevoir une forme creuse, de la même manière, par application de pression. De même, des outils de formage mécanique peuvent agir sur un csté ou des deux c8tés. Le procé- dé de l'invention convient particulièrement bien pour la fabri- cation de pièces moulées dont la plus grande hauteur ne dépasse pas la moitié ou les trois-quarts du plus petit diamètre de la surface de la plaque de départ. Eu égard au fait que le problème du gauchissement du bord se pose surtout avec des pièces moulées relativement aplaties, la fabrication de pièces moulées dont la plus grande hauteur est égale au maximum à un quart du plus petit diamètre est une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention. Le rayolnnement calorifique est arrêté en règle générale avant le formage ou, si on le désire, pendant ou après celui- ci. A la suite du formage, on laisse refroidir la région déformée, en maintenant les forces de formage, jusqu'à une température se situant juste au-dessous du point de ramollis- sement et on réduit la force de serrage de telle manière qu'elle autorise les mouvements de contraction thermique de la pièce de matière plastique. A ce stade, le cadre de serrage supérieur peut déjà être enlevé et la pièce moulée peut être retirée et complètement refroidie à l'extérieur du dispositif de formage - dans toute la mesure du possible sur une surface d'appui plane et peu conductrice de la chaleur, par exemple en bois. il est d'importance décisive pour le succès du procédé que la plaque ait la faculté de se dilater thermiquement sans entraves pendant la durée du réchauffement et la faculté de se contracter pendant le refroidissement. Lorsque ces mouvements de dilatation et de contraction sont empêchés par un serrage ferme du bord, il est créé des tensions dans la région de transition entre le bord et la région déformée, donnant lieu à des gauchissements dans la région du bord. Ces tensions sont d'autant plus fortes qu'est étendue la gamme de température que parcourt la région à déformer, pendant que le bord est fermement serré. On cherche donc à maintenir aussi petite que possible cette gamme. Elle est réduite au minimum lorsque les moyens de serrage 9 ne sont vissés qu'immédiatement avant le formage, c'est-à-dire après que la température de déformation a été atteinte. Toutefois, s'il existe le risque qu'à la suite de son ramollissement, la plaque sorte de la fente des cadres de serrage sous l'effet de son propre poids, la force de serrage est déjà augmentée un peu avant que la température de ramollis- sement ne soit atteinte. Cela peut être effectué dans la gamme allant jusqu'à 10 C environ au-dessous de la température de ramollissement. Si la force de serrage est augmentée trop tot, il faut s'attendre à des gauchissements croissants du bord. j0 Pendant le refroidissement, la force de serrage élevée doit être maintenue au moins jusqu'à ce que la température de ramollissement ait été dépassée vers le bas, mais elle doit être supprimée ou réduite avant que la région déformée ne se soit refroidie de plus de 200C environ au-dessous de la tempé- rature de ramollissement. Les tensions indésirables sont en outre influencées par la différence de température entre la région déformée et la région bordante serrée. On obtient des pièces moulées particu- lièrement pauvres en tensions, lorsqu'une plaque pré-chauffée est placée entre des cadres de serrage pré-chauffés à peu près à la même température. Cette disposition diminue en même temps la durée de transformation dans le-dispositif de formage. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'une pièce moulée de matière plastique en forme de coupole à bord plat, par chauffage d'une plaque plane de matière plastique par rayonnement calori- fique jusqu'à l'état ramolli thermiquement, formage de la surface circonscrite par le bord de la plaque par application de pression mécanique ou pneumatique, tandis que le bord est maintenu par une pression de serrage suffisante et n'est pas déformé, et refroidissement de la surface déformée, caractérisé en ce qu'on ne fait agir le rayonnement calorifique que sur la surface circonscrite par le bord et on laisse le bord exempt de contraintes ou, tout au plus, on fait agir une pression de serrage qui autorise un mouvement du bord par dilatation thermi- que, jusqu'à ce que la surface exposée au rayonnement calorifi- que ait atteint une température qui se situe immédiatement au- 1 dessous du point de ramollissement de la matière plastique, on augmente, à ce moment et avant le début du formage, la pression de serrage de telle manière que le bord soit maintenu et on poursuit l'action du rayonnement calorifique jusqu'à ce que la surface exposée au rayonnement calorifique ait dépassé le point de ramollissement, on met fin à l'action du rayonnement et on déforme la surface réchauffée à la température de déformation, puis on laisse refroidir jusqu'à une température immédiatement inférieure au point de ramollissement, on supprime alors la force de serrage qui agit sur le bord ou on la réduit de telle manière qu'elle autorise des mouvements de contraction thermique, et on poursuit le refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une plaque qui a été pré-chauffée sur toute sa surface à une température qui se situe au moins à 10 C au- dessousdu point de ramollissement. 8 2561579 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2-, caractérisé en ce que la force de serrage est produite au moyen d'outils de serrage qui sont réchauffés à une température inférieure de à 50 C au point de ramollissement de la matière plastique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'intervalle de temps, pendant la durée du rayonnement, o il est exercé, sur le bord, une force de serrage nulle ou limitée permettant des mouvements du bord par dilatation thermique, constitue 2/3 à 3/4 de la durée totale du rayonnement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface réchauffée est déformée à une hauteur maximale qui s'élève tout au plus à un quart du plus petit diamètre de la surface de la plaque de matière synthétique au départ.