Brevet FR2586964A1 — publié le 19870313

procédé et machine de fabrication de produits en matière thermoplastigue de forme creuse ou semipleine. L'invention concerne un procédé de fabrication de produits en matière thermoplastique de forme creuse ou semi-pleine, notamment des réservoirs de carburant, des panneaux et des parements extérieurs pour véhicules automobiles ; elle concerne également une machine mettant en oeuvre ledit procédé. il existe de nombreux procédés de fabrication de produits en matière thermoplastique. Dans le cas de produits de forme creuse, par exemple des réservoirs de carburant, l'un d'entre eux consiste à introduire dans un moule de la matière plastique sous forme d'une poudre, à chauffer ce moule et à le déplacer dans différentes directions de manière que la poudre se liquéfie et se distribue sur toute la paroi interne du moule. Le moule est ensuite refroidi de façon à durcir la matière thermoplastique, puis le produit est extrait du moule en ouvrant les deux demicoquilles constituant le moule. Un tel procédé est par exemple décrit dans le brevet francais No. 1.403.000. Un inconvénient du procédé, décrit succinctement ci-dessus, réside dans le fait que les grains de poudr##e de la matière plastique sont généralement chargés d'électricité statique quand la poudre est introduite dans le moule. Les grains ayant des charges électriques opposées s'attirent mutuellement et forment de petits grumeaux ou agglomérés qui fondent de manière irrégulière en provoquant fréquemment des défauts et des irrégularités dans les parois du produit obtenu. Pour pallier l'inconvénient décrit ci-dessus, les demanderesses ont déposé le 2 Décembre 1983 une demande de brevet No. 83.13.298 qui décrit un procédé dans lequel les grains de matière plastique sont, avant leur introduction dans le moule, traités de manière que chaque grain ait une charge électrostatique de même polaritéttandis qu'il est prévu la création d'un ou plusieurs champs électriques dans l'espace environnant le moule pendant la phase de chauffage. Un inconvénient de ces procédés utilisant des grains de matière plastique est que le cycle de fabrication est relativement long car les durées des phases de chauffage, de déplacement du moule dans l'espace et de refroidissement sont relativement longues. Il en résulte alors un rendement horaire par machine re letivement faible ainsi qu'une consommation importante d'énergie, d'où un coût unitaire relativement élevé. Un autre inconvénient de ces procédés réside dans le fait qu'il est difficile de réaliser des produits ayant des formes très compliqués, car les grains de matière plastique se répartissent mal dans les coins et recoins du moule. Un autre inconvénient des procédés décrits cidessus est qu'ils ne permettent pas de fabriquer des produits de matière thermoplastique autres que ceux en forme creuse, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas adaptés pour fabriquer des produits dits semi-pleins. Le but de la présente invention est donc de mettre en oeuvre un procédé de fabrication de produits en matière thermoplastique de forme creuse ou semipleine qui ne présente pas les inconvérients précités. Un autre but de la présente invention est de réaliser une machine mettant en oeuvre ce nouveau procédé de fabrication pour fabriquer des produits en matière thermoplastique de forme creuse ou non, lesdits produits pouvant avoir des formes très compliquées. Un objet de la présente invention est donc un procédé de fabrication de produits en matière thermoplastique de forme creuse ou semi-pleine, notamment des réservoirs de carburant, des panneaux et des parements 2extérieurs pour véhicules automobiles, qui comprend les opérations suivantes - La réalisation d'un moule creux ayant la forme du produit fini à obtenir, - le montage dudit moule sur un appareil qui permet de le déplacer dans différentes directions de l'espace, - le chauffage dudit moule, - le déplacement dudit moule dans différentes directions de l'espace, - le refroidissement dudit moule, - le démoulage du produit fini, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins une opération d'introduction dans ledit moule après qu'il a atteint ladite température déterminée et avant l'opération de refroidissement, d'une quantité déterminée d'un mélange liquide à une température inférieure à celle du moule comportant au moins un monomère, un agent activateur et un agent catalyseur, ledit mélange se transformant en une matière thermoplastique après polymérisation dans le moule. Le monomère peut être du caprolactame ou du laurolactame. Par ailleurs, il est prévu d'ajouter un ou plusieurs additifs à ce mélange de base tels que du polyuréthanne ou des fibres de verre. Un autre objet de la présente invention est une machine de fabrication de produits en matière thermoplastique de forme creuse ou semi-pleine qui met en oeuvre le procédé ci-dessus décrit et qui comprend une partie centrale présentant une série de bras radiaux régulièrement espacés qui supportent chacun un ou plusieurs moules et une partie périphérique qui reçoit les extrémités desdits bras et qui comporte autant de stations que de bras radiaux. La partie centrale comporte des moyens pour déplacer, d'une part, les bras radiaux d'une station à la suivante et, d'autre part, les moules dans différentes directions de l'espace. La partie périphérique est divisée en plusieurs zones : une zone de chauffage des moules, une zone d'injection du mélange liquide, une zone de polymérisation du mélange liquide, une zone de refroidissement et une zone de démoulage.Les trois ,premières zones constituent une enceinte chauffante unique compartimentée par des portes articulées, la zone de refroidissement est également une enceinte qui est fermée par des portes articulées et la zone de démoulage est à l'air libre. A cette partie périphérique sont associés des sources de chaleur, des moyens de régulation de la température, des moyens de refroidissement, des moyens de démoulage et des moyens d'injection du mélange liquide. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description ci-après du procédé et d'un exemple particulier de réalisation d'une machine de fabrication mettant en oeuvre ledit procédé, la description de la machine étant faite en relation avec la figure unique du dessin annexé. L'équipement qui peut être employé pour la fabrication d'articles ou produits de forme creuse ou semi-pleine, notamment des réservoirs de carburant,des panneaux et des parements extérieurs pour des véhicules automobiles, pour mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention, comprend principalement un ou plusieurs moules ayant la forme souhaitée, un dispositif de support du ou des moules qui permet de le ou les déplacer dans différentes directions de l'espace, une enceinte chauffante ou four qui permet de recevoir le ou les moules et fournir la chaleur suffisante pour amener le ou les moules à une température déterminée, un dispositif de chargement du-mélange liquide, un dispositif de refroidissement et de démoulage des moules et un dispositif de déplacement du support du ou des moules pour le déplacer du four au dispositif de chargement, puis au dispositif de refroidissement et de démoulage et enfin de ce dernier dispositif au four. La première opération d'un procédé de moulage consiste à réaliser le moule selon les critères habituels en la matière, puis à le placer sur un support qui permet de le déplacer dans différentes directions de l'espace. Ensuite, selon la présente invention, le moule est chauffé à une température déterminée qui dépend de la nature du mélange liquide qui y sera injecté. Après cette opération de chauffage du moule, une quantité déterminée de mélange liquide est injecté dans le moule à une température inférieure à celle du moule. Cette opération d'injection est suivie d'une opération de déplacement du moule dans toutes les directions de l'espace de manière à bien répartir la matière thermoplastique sur les parois du moule qui sont à une température plus élevée que celle du liquide injecté. Après le dépôt du liquide sur les parois du moule en se solidifiant, le moule est refroidi de manière à durcir la matière thermoplastique des parois du produit creux. Lorsque cette dureté est suffisante, une opération de démoulage prend place pour retirer le produit fini du moule. Après nettoyage, le moule est prêt pour un nouveau cycle de fabrication qui commence par une opération de chauffage. Au moment de l'injection dans le moule, le mélange liquide est constitué principalement d'un ou plusieurs monomères choisis selon la matière thermoplastique à obtenir pour le produit fini, mélangé(s) à an moins un agent activateur et un agent catalyseur. plus précisément, il est recommandé de mélanger du caprolactame avec un ou plusieurs agents du type activateur et catalyseur connus par ailleurs. En pratique le caprolactame,sous la forme solide à la température ambiante, est chauffé jusqu'à une température de 1200C environ, ~température à laquelle il est liquide, et est mélangé dans un premier récipient, à un agent activateur et dans un deuxième récipient, à un agent catalyseur. Ces deux mélanges primaires sont ensuite mélangés entre eux dans des proportions déterminées au moment de l'in- troduction dans le moule par exemple en utilisant une buse d'injection alimentée à partir des deux récipients et coopérant avec un orifice du moule. A la place du caprolactame, il est possible d'utiliser du laurolactame qui est le monomère conduisant au polyamide 12 alors que le caprolactame est le monomère du polyamide 6. On peut également utiliser en même temps du caprolactame et du laurolactame. Bien entendu les agents activateur et catalyseur doivent être adaptés au monomère choisi. A ces mélanges primaires, il est prévu d'ajouter un ou plusieurs additifs dont la nature, la composition et la proportion dépendent des caractéristiques que l'on souhaite obtenir du produit fini. C'est ainsi que cet additif peut avoir une fonction de renfort et/ou une fonction de charge. Ces additifs peuvent être constitués par des fibres de verre de différentes compositions et/ou du polyuréthane. Dès que la quantité déterminée de mélange liquide a été injectée dans le moule, la buse d'injection est retirée de l'orifice et l'opération de déplacement du moule dans toutes les directions de l'espace peut commencer. Pendant cette opération, le mélange liquide se dépose sur les parois plus chaudes du moule (1600C environ) en se polymérisant. Cette première polymérisation accompagnée des mouvements du moule, qui dure quelques minutes, par exemple trois minutes environ, peut être suivie, après arrêt des mouvements du moule, d'une deuxième injection de mélange liquide pour une quantité déterminée. Dès la fin de cette deuxième injection, les mouvements du moule reprennent pour répartir le mélange liquide sur les parois du produit à obtenir et lui permettre de se polymériser. Cette deuxième phase de polymérisation peut durer également plusieurs minutes, par exemple quatre minutes environ. Après la première ou la deuxième phase de polymérisation, le moule est refroidi jusqu'à une température à laquelle les parois du produit à obtenir sont suffisamment rigides (1100C) pour permettre le démoulage sans risque de détérioration. Dès le démoulage terminé, le moule est remis en position pour commencer un nouveau cycle de fabrication par un chauffage à une température de 1600C environ dans un four. Les différentes opérations du procédé selon l'invention qui viennent d'être décrites peuvent être effectuées dans une même enceinte qui est d'abord chauffée pour amener et maintenir le moule à la tempé rature de 1600C environ puis cette enceinte est refroidie suffisamment pour permettre le démoulage. Une telle manière de faire conduirait à un cycle de fabrication très long et une consommation en énergie très élevée, et il en résulterait donc un prix de revient unitaire prohibitif. Pour mettre en oeuvre le procédé décrit cidessus selon des conditions économiques avantageuses, il est proposé de réaliser une machine de fabrication du type de celle qui sera décrite en relation avec la figure unique. Cette machine 10 comprend principalement une partie centrale 11 et une partie périphérique 12 comportant six stations S1, S2, S3, S4, S5 et S6 qui sont réparties sur cinq zones Z1, Z2, Z3, Z4 et Z5, la zone Z5 correspondant aux stations S5 et S6. Sur le pourtour de cette partie périphérique 12 sont associés différents éléments selon la zone périphérique A la zone Z1 sont associés une première source de chaleur 13 pour maintenir constante sa température à 1600C et un appareil d'injection 14 du mélange thermoplastique. Une deuxième source de chaleur 15 est associée à la zone Z2 pour maintenir constante sa température à 1600C. Un dispositif de refroidissement 16 est associé à la zone Z3 de manière à refroidir le moule à une température de 1100C environ.Enfin, une troisième source de chaleur 17 est associée à la zone Z5 pour chauffer le ou les moules à 1600C à partir d'une source à 2800C environ. La partie centrale il supporte six bras B1, B2, B3, B4, B5 et B6 qui s'étendent radialement vers les zones périphériques et supportent chacun un ou plusieurs moules, deux dans l'exemple décrit. Ces moules portent les références M1 et M'1 pour la station S1, M2 et M'2 pour la station S2 et ainsi de suite pour les autres stations S3 à S6. Ces bras B1 à B6 peuvent se déplacer de manière circulaire d'une station à l'autre et dans différentes directions de l'espace par rapport à la position radiale du bras de manière, par exemple, à faire tourner le moule, pour répartir le mélange, d'abord sur ses parois puis sur celles du produit à obtenir. Les bras B1 à B6 sont identiques et peuvent avoir toutes formes adaptées aux moules à supporter et aux mouvements à faire effectuer auxdits moules. La partie périphérique 12 est constituée principalement d'une enceinte fermée 18 en forme de section de zone circulaire qui englobe les zones Z1, Z2 et Z5, ces différentes zones étant séparées entre elles et des zones adjacentes Z3 et Z4 par des portes articulées P1, P2, P3 et P4. C'est ainsi que la porte Pi sépare les zones Z5 et Z1, la porte P2 sépare les zones Z1 et Z2, la porte P3 sépare les zones Z2 et z3 et la porte P4 sépare les zones Z4 et Z5. Ces portes ne sont ouvertes que pour permettre le déplacement des bras 31 à B6 d'une station à la suivante dans le sens des aiguilles d'une montre. Cette partie périphérique 12 comprend en outre une autre enceinte 19 en forme de section de zone circulaire qui englobe la zone Z3, enceinte à laquelle est associé un dispositif de refroidissement 16 et qui est fermée par deux portes articulées P5 et P6. La zone Z4 de cette partie périphérique est à l'air libre de manière à permettre le démoulage par des moyens non représentés sur la figure. La source de chaleur 17, associée à la zone z5, est la principale source de chaleur pour l'enceinte 18, les autres sources 13 et 15 étant des sources d'appoint pour maintenir la température des moules à 1600C. La source 17 est par exemple constituée de résistances électriques, non représentées sur la figure, qui chauffent de l'air à une température de 2800C dans une enceinte 21, cet air étant ensuite pulsé dans l'enceinte 18 au travers d'un diffuseur 22 à l'aide d'un ventilateur 20. L'appareil d'injection 14, qui est associé à la zone Zi, comprend quatre récipients 23 et 24 d'une part, 25 et 26 d'autre part, chaque récipient d'un même groupe contenant le même mélange, par exemple du caprolactame avec un agent activateur pour les récipients 23 et 24 et du caprolactame avec un agent catalyseur pour les récipients 25 et 26. Les récipients d'un même groupe sont reliés entre eux par un conduit 27 ou 28 et à une buse d'injection 29 par un conduit 30 ou 31. Les récipients 23 à 26 sont chauffés en permanence et maintenus à une température constante voisine de 1200C par des moyens connus et non représentés sur la figure. Un système de vannes automatiques montées sur les conduits 27, 28, 30 et 31 permet de commuter d'un récipient sur l'autre en fonction, par exemple, du volume restant dans le récipient ou des proportions du mélange à injecter. Bien entendu, on peut utiliser un nombre de récipients supérieur à quatre selon les différentes proportions des mélanges à injecter. La buse d'injection 29 ainsi que ses mouvements sont prévus pour que son extrémité 32 s'insère dans les orifices 33 des moules M et M'. Le fonctionnement de la machine 10 est le suivant en mode continu. Les deux moules portés par chaque bras sont d'abord chauffés à une température de 1600C dans la zone Z5 de l'enceinte 18. Cette montée en température s'effectue en deux stations d'une durée de quatre minutes environ chacune, soit une durée de chauffage de huit minutes environ. A la fin de chaque période de quatre minutes, les portes Pi à P6 s'ouvrent de manière à permettre le déplacement des bras B1 à B6 d'une station à la suivante et puis se ferment. C'est ainsi qu'un bras amène deux moules chauds dans la zone Z1 dans laquelle le mélange à 1200C est injecté dans chacun des deux moules M et M', la durée de cette première injection étant d'environ vingt-cinq secondes.Après cette injection, le bras est mis en mouvement pour répartir le liquide sur les parois du moule et il en résulte une première polyméri sation qui dure environ trois minutes. Après arrêt du mouvement5..des moules, une deuxième injection d'une durée de trente secondes environ est effectuée puis le mouvement des moules reprend pendant que le bras se déplace circulairement pour amener les moules dans la zone Z2 après ouverture des portes Pi a P6. C'est dans cette zone Z2 que s'effectue la deuxième polymérisation pendant une durée voisine de quatre minutes. A la fin de cette deuxième polymérisation, les moules sont transférés, après ouverture des portes Pi à P6, dans la zone de refroidissement Z3 qui amène les moules et la matière thermoplastique à une température de 1100C dans un temps de quatre minutes environ Enfin, les moules refroidis à i100C sont transférés dans la zone Z4 dite de démoulage où les produits sont retirés de leur moule. Le fonctionnement, décrit succinctement cidessus, montre que la durée de chaque phase est de quatre minutes environ, la durée de déplacement d'une station à la suivante étant d'environ quinze secondes. Le procédé et la machine selon la présente invention ont été décrits comme comprenant deux phases d'injection du mélange et donc deux phases de polymérisation, mais il est clair qu'il peut n'y avoir q'une seule injection et une seule phase de polymérisation. Egalement, plus de deux injections et plus de deux phases de polymérisation peuvent être prévues. En outre, le mélange peut avoir une composition diffé- rente d'une injection à l'autre, ce qui permet de réaliser des parois comportant différentes couches de composition et structures différentes. Enfin, la description a été faite en supposant qu'il s'agissait de fabriquer des produits de forme creuse mais l'invention est également applicable pour fabriquer des produits de structure semi-pleine, par exemple des parements extérieurs et des pare-chocs pour véhicules automobiles. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de produits (en matière thermoplastique) de forme creuse ou semi-pleine, notamment des réservoirs de carburant,des panneaux et des parements extérieurs pour véhicules automobiles, comprenant les opérations suivantes - la réalisation d'un moule creux ayant la forme du produit fini à obtenir ; - le montage dudit moule sur un appareil qui permet de le déplacer dans différentes directions de l'espace - le chauffage dudit moule à une température déterminée ; - le déplacement dudit moule dans différentes directions de l'espace ; - le refroidissement dudit moule ; - le démoulage du produit fini ;; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins une opération d'introduction dans le moule, après qu'il a atteint ladite température déterminée, d'une quantité déterminée d'un mélange liquide à une température inférieure à celle du moule comportant au moins un monomère, un agent activateur et un agent catalyseur, ledit mélange se transformant en une matière thermoplastique après polymérisation dans le moule. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des monomères est un caprolactame. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des monomères est un laurolactame. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le mélange liquide comporte, en outre, un additif qui est déterminé en fonction des caractéristiques du produit à obtenir. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'un au moins des additifs est du polyuréthane. 6. Procédé de fabrication selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'un au moins des additifs est un produit ayant une fonction de renfort et/ou de charge. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que la charge est de la fibre de verre. 8. Machine de fabrication de produits en matière thermoplastique de forme creuse ou semi-pleine mettant en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une partie centrale supportant une série de bras radiaux régulièrement espacés qui supportent eux-mêmes chacun un ou plusieurs moules, - une partie périphérique entourant ladite partie centrale qui reçoit les extrémités desdits bras et qui comporte autant de stations que de bras articulés, - ladite partie centrale comportant des moyens pour déplacer, d'une part, lesdits bras d'une station à la suivante et, d'autre part, les moules dans différentes directions de l'espace, - lesdites stations de la partie périphérique étant groupées en une zone de chauffage desdits moules une zone d'injection du mélange liquide, une zone de polymérisation du mélange liquide injecté, une zone de refroidissement et une zone de démoulage.