Brevet FR2595977A1 — publié le 19870925

La présente invention se rapporte à des articles sanitaires comportant une surface vue en feuille de matière thermoplastique et un envers renforcé afin d'augmenter la résistance aux chocs et la rigidité. On connaît depuis de nombreuses années des articles sanitaires, en particulier des baignoires et des receveurs de douche, sous la forme d'un composite constitué d'une coquille en matière thermoplastique dont la surface arrière ou envers a été renforcée avec une composition de fibres de verre, habituellement des fibres de verre dans une matrice thermodurcissable. Les divers procédés de fabrication de tels articles sont rappelés dans Plastics World, Juillet 1977, pages 56-58. Cet article décrit les procédés dits à moulage ouvert et à moulage fermé. Dans le premier procédé, le renforcement est appliqué sous la forme d'une nappe de verre, ou "mat", qui est ensuite imprégnée d'une résine durcissable, par pulvérisation ou à la brosse, ou envariante d'un mélange de la résine durcissable et de fibres de verre tranchées qui est projeté sur l'envers de la coquille en matière plastique.Dans le procédé de moulage fermé, on place dans le moule une coquille en matière ther moplastique, de même configuration qu'un moule constitué par accouplement de moules mâle et femelle, et on injecte sous pression une composition de renforcement dans le moule, sur l'envers de la coquille, et on laisse durcir cette composition. Des variantes de ce procédé sont décrites dans l'article. En général, on utilise des résines de type polyester pour former la matrice de la composition de renforcement. Plus récemment, on a envisagé d'autres matières pour former le renforcement. En particulier, on a cherché à obtenir un renforcement approprié, au moyen des compositions de polyuréthane disponibles.On a largement utilisé les polyuréthanes pour rigidifier les articles sanitaires, en particulier des receveurs de douche, par injection d'une mousse de polyuréthane dans la cavité entre la coquille de matière plastique profilée et la base sur laquelle elle est supportée. Un article récent dans "Cannon News 1983/ 1984 (qui est une lettre d'information d'un fabricant d'équipement, par Cannon Co.) décrit l'utilisation de mousses de polyuréthane dans un procédé de moulage fermé, pour renforcer l'envers d'une baignoire. Afin que le procédé de fabrication de tels articles renforcés soit le plus économique possible, il est avantageux de réduire l'épaisseur de la feuille de matière plastique utilisée. La propriété principale de la feuille, qui permet de l'utiliser dans cette application, est la grande qualité de fini de surface qu'on peut obtenir sur des feuilles de matière plastique, en particulier des feuilles acryliques essentiellement à base de poly(méthyl méthacrylate). Ainsi, on peut employer des feuilles relativement minces, à condition qu'elles soient suffisamment bien renforcées sur l'envers de la feuille profilée. Un amincissement sensible de la feuille se produit pendant le thermoformage de la coquille profilée, dans les parties de la feuille qui sont étirées, de sorte que l'épaisseur minimale de feuille qu'on peut admettre (avant formage) est de l'ordre de 2 à 4 mm.On a beaucoup utilisé une telle feuille depuis de nombreuses années dans des procédés qui utilisent un renforcement en résine polyester/fibres de verre. On a maintenant constaté que les procédés qui utilisent une couche adéquate de mousse de polyuréthane pour procurer un renforcement acceptable tendent à produire des articles inaccceptables lorsqu'on emploie une feuille de cette épaisseur. Ce défaut apparaît sous la forme d'une distorsion ou de plisde la surface de la feuille de l'article sanitaire, dans les zones où l'amincissement de la feuille dû à l'opération de thermoformage est le plus grand. Ainsi, une déformation peut être visible, en particulier dans les angles de la coquille profilée. Cet inconvénient semble résulter de la réaction exothermique qui se produit pendant le durcissement du renforcement en polyuréthane. Bien qu'on puisse éviter cet inconvénient par utilisation d'une feuille plus épaisse, une solution plus intéressante économiquement est souhaitable. La présente invention apporte une telle solution. Conformément à l'invention, on obtient un procédé de formage d'un article sanitaire qui consiste à préparer une cavité de moule constitué de demi-moules mâle et femelle, la cavité du moule ayant des dimensions telles qu'elle peut recevoir une coquille thermoplastique profilée à renforcer ainsi qu'une quantité suffisante d'une matière durcissable de renforcement pour former une couche sur l'envers de la coquille, à placer dans la cavité en contact avec le moule mâle une coquille thermoplastique,dont la configuration correspond à la surface du demi-moule mâle, ainsi qu'une structure métallique placée entre la surface du moule femelle et l'envers de la coquille formée, la structure métallique ayant une étendue suffisante pour constituer un absorbeur de chaleur effectif de la chaleur engendrée pendant le durcissement de la matière durcissable, à introduire une composition durcissable dans la cavité,de manière à envelopper la structure métallique,et à durcir la composition durcissable avant de retirer l'article du moule. On a trouvé que la présence d'une structure métallique dans le procédé de durcissement donne des articles de bonne qualité de surface, même dans les zones qui sont sujettes à une déformation en l'absence de la structure métallique. En plus d'éviter l'inconvénient de la déformation de la feuille pendant le traitement, la présence de la structure métallique peut apporter une contribution notable à d'autres propriétés de l'article, par exemple la rigidité. Ainsi, un aspect particulièrement intéressant de l'invention est que, alors qu'il est normalement nécessaire de fixer un panneau de renforcement à la face inférieure de la baignoire ou dans la couche arrière de renforcement pour obtenir une rigidité adéquate, cela peut être supprimé dans la présente invention. La mise en oeuvre du procédé procure un article sanitaire amélioré, comprenant un stratifié d'une couche de coquille thermoplastique, qui constitue une surface visible de l'articleSt d'une couche d'envers en matière de renforcement durcie qui contient un composant métallique noyé dans la matière de la couche arrière, assurant une plus grande rigidité au moins sur la surface de base de l'article sanitaire. Comme indiqué, l'épaisseur de la feuille utilisée pour former la surface visible doit être inférieure à 5 mm (avant le thermoformage de la feuille en une coquille) lorsqu'on désire minimiser les coûts. L'épaisseur de la couche arrière durcie de renforcement doit être supérieure à l'épaisseur de la feuille thermoplastique, en particulier dans les zones où un amincissement de la feuille se produit du fait du formage. De préférence, la couche arrière doit avoir une épaisseur d'au moins 3 mm. De préférence, la couche arrière est en mousse de matière durcissable, par exemple en mousse de polyuréthane, de sorte qu'une épaisseur importante de matière, jusqu'à 20 mm ou plus, peut être présente sur la face arrière, sans rendre l'article trop lourd ou coûteux. La densité de la mousse à utiliser est déterminée par le degré de renforcement requis pour la couche arrière. Lorsque la couche arrière durcissable est une composition de polyuréthane ou de polyisocyanurate, la densité de la mousse est de préférence comprise dans la plage de 100 à 800 kg/m3, et avantageusement de 300 à 600 kg/m3, bien qu'on puisse utiliser des densités plus élevées ou plus basses. Bien que la présence d'un renforcement métallique supplémentaire puisse limiter la déformation de la feuille et permettre d'utiliser une mousse de densité plus faible qu'en l'absence du renforcement métallique, ce qui diminue la chaleur dégagée lors du durcissement, d'autres difficultés tendent à apparaître lorsqu'on diminue la densité de la mousse. En particulier, le risque de déstratification augmente.L'avantage principal de l'invention résulte du fait que la présence de la structure métallique permet d'obtenir une densité de mousse élevée, sans distorsion de la feuille. Comme déjà indiqué, on pense que cela est dû à ce que la structure métallique agit comme un absorbeur de chaleur et diminue l'élévation de température dans la composition en cours de durcissement et l'élévation de température qui en résulte dans la coquille thermoplastique. La disposition effective de la structure métallique à l'intérieur de la composition durcissable n'est pas impérative. Ainsi, il n'est pas nécessaire que du métal se trouve à proximité immédiate des zones les plus minces de la coquille, c'est-à-dire dans les régions d'angle. Il n'est pas non plus nécessaire que la structure de métal soit à proximité immédiate d'une autre partie quelconque de la coquille. Pourvu que la structure métallique soit disposée de manière à être répartie dans la surface de base de l'envers, la déformation de la feuille peut être sensiblement évitée. Un procédé commode pour réaliser une telle répartition consiste à utiliser une structure--métalique sous la forme d'une grille en tiges de métal de dimensions et d'espacement appropriés. La grille est avantageusement constituée, pour chaque configuration individuelle d'article, par assemblage de tiges en parallèle,au moyen de bandes en matière plastique formant les traverses de la grille, les bandes comportant des agrafes pour recevoir et fixer les tiges. De façon inattendue, on a constaté que l'article formé fini ne présente pas de trace ou d'ombre d'une telle grille lorsqu'on le regarde du cdté de la surface de présen- tation, même lorsque cette grille est placée près de la coquille thermoplastique. En variante, on peut utiliser un simple cadre métallique conforme aux dimensions de la base de la baignoire, afin d'assurer que l'absorbeur de chaleur effectif se trouve à proximité des parties les plus minces de la coquille thermoplastique. Dans ce cas également, l'absorbeur de chaleur peut être constitué par des plaques placées près des angles de la coquille. Il n'est pas impératif que la structure métallique soit totalement encapsulée dans la composition durcissable ou durcie, à condition que la structure métallique présente soit suffisante pour constituer un absorbeur de chaleur effectif permettant de réduire la distorsion de la coquille açrylique à un niveau acceptable. Il peut être avantageux de construire les moyens de moulage de sorte qu'une partie de la structure métallique dépasse à l'extérieur de la cavité contenant la composition durcissable. De telles extensions extérieures peuvent servir de supports pour l'article, par exemple comme pieds pour placer l'article sur une surface désirée ou comme éléments de fixation de supports pour l'article. Même lorsque la structure métallique est totalement emprisonnée, elle peut comporter des moyens, par exemple des trous taraudés, pour recevoir des fixations, par exemple des supports. Il peut être nécessaire d'enlever du trou la matière durcie,avant de fixer les supports. L'absorbeur de chaleur effectif peut égalenent être sous la forme de corps métalliques dispersés dans la composition durcissable. Ces corps métalliques peuvent être des copeaux métalliques, des fibres métalliques ou des particules d'une dimension permettant une dispersion dans la composition durcissable. La concentration d'une telle matière divisée est de préférence supérieure à 5% en poids de la composition durcissable. Ces corps métalliques sont répartis sensiblement uniformément dans le renforcement arrière, en dehors de la non uniformité introduite par la sédimentation des particules, au lieu d'être localisés comme dans le cas de tiges ou de plaques.Dans le procédé de l'invention qui utilise une telle composition durcissable à charge métallique, on introduit la structure métallique dans la cavité du moule en même temps que la matière durcissable, afin d'obtenir un composant métallique de renforcement totalement enveloppé. Les matières durcissables utilisées pour le renforcement arrière comprennent les compositions de polyuréthane et de polyisocyanurate du commerce, connues pour donner des mousses rigides de haute densité. Les compositions peuvent être non chargées ou bien contenir des charges en particules ou des charges de fibres courtes autres que les charges métalliques en particules décrites ci-dessus, par exemple de courtes fibres de verre, pour obtenir un renforcement supplémentaire de l'envers. On peut employer d'autres moyens de renforcement de la face arrière, par exemple l'inclusion de nappes de fibres de verre ou de torons de fibres longues dans la couche arrière. Bien que cela ne soit généralement pas nécessaire, si la structure métallique utilisée procure un renforcement adéquat, ces moyens peuvent apporter un renforcement supplémentaire utile dans les cas où l'utilisation de la structure métallique a résolu le problème de la dé fois mation de la coquille pendant le durcissement mais n'a pas fourni un renforcement adéquat pour l'article en utilisation. Lorsqu'on utilise un polyuréthane comme matière durcissable pour la couche arrière, il est particulièrement intéressant de prévoir une couche intermédiaire de polyester habituellement utilisé pour renforcer les articles sanitaires, car on peut ainsi obtenir une meilleure liaison. Par exemple, la coquille en matière thermoplastique peut comporter un dos en composition de polyester durcissable, éventuellement en présence d'un renforcement en fibres de verre sous forme de nappe ou de longs torons, cette composition étant durcie avant la mise en place de la coquille dans le moule et l'application d'un autre renforcement sous la forme d'une composition de polyuréthane durcissable as souciée à la structure nsdtallique. La couche intermédiaire base de polyester procure une bonne résistance à la dé stratificationlpar liaison efficace à la fois à la coquille thermoplastique, en particulier une coquille acrylique, et à la couche arrière à base de polyuréthane. Le procédé de formage de tels articles profilés renforcés utilise un moule fermé qui peut contenir la coquille à renforcer, la structure métallique et la matière durcissable de la couche arrière. On refoule la composition durcissable dans le moule, au moyen d'unités de dosage appropriées, de sorte que le mélange des ingrédients réactifs de la composition s'effectue avant l'introduction du mélange dans le moule. Afin d'obtenir de bons résultats, on a trouvé intéressant de prévoir certaines dispositions supplémentaires. Ainsi, il est très avantageux de prévoir des moyens de refroidissement de la partie mâle du moule sur laquelle repose la coquille. Cela est réalisé très facilement par incorporation dans le moule de canalisations dans lesquelles on peut faire circuler de l'eau. Dans la même idée, il est très souhaitable que la configuration de la coquille, qui a été thermoformée sur un moule de configuration correspondant à celle du demi-moule mâle, se conforme aussi étroitement que possible à la configuration du demi-moule mâle. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces exemples et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. EXEMPLE COMPARATIF A On forme une feuille de poly(méthyl méthacrylate), d'une épaisseur de 3,2 mm et dont les dimensions sont de 800 mm x 570 mm, en une coquille acrylique ayant une surface de base de l'ordre de 430 mm x 210 mm. La profondeur d'étirage est de 220 mm, de sorte que la base a une épaisseur de 1 mm environ et que les régions d'angle sont réduites à 0,75 mm environ. On nettoie la face inférieure de la coquille avec un solvant avant de placer la coquille dans un ensemble constitué de moules mâle et femelle en époxy accouplés, la configuration du moule mâle se conformant étroitement à celle de la coquille de sorte que la coquille est en contact étroit avec le moule mâle. Les moules comportent une circulation d'eau intérieure, afin de permettre un certain réglage de la température. La cavité du moule a une épaisseur nominale de 10 mm.Afin de mesurer la valeur maximale de l'élévation de température pendant le durcissement, on fixe des rubans thermométriques "Thermax" ("Thermax" est une marque déposée) à la surface apparente de la coquille1 sur la surface de base, avant de placer la coquille dans le moule. On place également des rubans "Thermax" dans des positions correspondantes,sur la surface du moule mâle. On règle la température du moule mâle à 250C et celle du moule femelle à 400C.Un mélange de "Daltolac" K1328 et de "Suprasec" VM30 dans le rapport pondéral de 100:118, contenant 5 parties en poids d'un agent moussant "Arcton" 11 (à base de D K1328),est mélangé au moyen d'un groupe de dosage Cannon H40 et injecté dans le moule comme couche arrière pour la coquille acrylique ("Daltolac", "Suprasec" et "Arcton" sont des marques déposées de Imperial Chemical Industries PLC). Après 10 minutes, on en lève l'article du moule. Le polyuréthane est solidement lié à la coquille acrylique. La densité de la couche arrié 3 re de mousse obtenue est de 440 kg/m . L'examen de la sur- face apparente de l'article montre que la surface est de qualité inacceptable, à cause de la déformation de la coquille qui s'est produite pendant le durcissement aux angles de l'article, aux endroits où les cotés rencontrent la base. Les températures enregistrées sur les rubans Thermax sont indiquées avec référence au schéma de la figure 1 qui donne les positions approximatives des rubans sur la base de la coquille acrylique. La figure 1 indique les positions des rubans sur la surface apparente de la base de la coquille, onze rubans étant prévus à chaque angle (1,3, 9 et 11), au milieu de chaque bord latéral et de chaque bord d'extrémité (5,7 et 2,10 respectivement), à mi-distance entre les positions 5 et 7 (position 6), et trois rubans étant également espacés entre les rubans 2 et 10 (4,6 et 10) Aux angles et sur les bords, on place les rubans sur les surfaces courbes par lesquelles la base se raccorde aux parois de la coquille. Les températures les plus élevées atteintes aux positions 1 à 11 par la coquille acrylique pendant la formation de la mousse sont : 1 600C 4 460C 7 540C 10 650C 2 650C 5 540C 8 540C il 600C 3 600C 6 460C 9 600C Les températures plus élevées des régions des angles et des bords (positions 1, 2, 3 et 9, 10, 11) sont dues au transfert de chaleur à la fois de la base et de la face verticale adjacente vers la même position. Les températures obtenues sur la face du moule mâle pendant la réaction sont 1 540C 4 460C 7 540C 10 540C 2 540C 5 540C 8 490C il 540C 3 540C 6 460C 9 540C Dans ce cas également, l'élévation de température est plus grande dans les régions des angles et des bords de la base. EXEMPLE 1 On repète la procédure de l'Exemple Comparatif A, sauf en ce qu'on place dans le moule une grille en fil d'acier de 2 mm de diamètre, dans l'espace du côté inférieur de la coquille acrylique. La grille est constituée de longueurs parallèles du fil, tenues à 7 mm les unes des autres au moyen de deux bandes de matière plastique espaces de 25 cm l'une de l'autre. Les bandes sont munies d'agrafes pour retenir les tiges en position. Les fils sont disposés dans le sens du grand axe de la base de la coquille et ils sont repliés de manière à chevaucher les angles aux extrémités do la base, de 3 cm environ. Par le procédé décrit dans l'exemple 1, on remplit l'espace à l'arrière de la coquille avec la composition durcissable, de manière à noyer la grille métallique.Les élévations de température, enregistrées dans les mêmes positions que dans l'Exemple Comparatif A sont 1 540C 4 430C 7 540C 10 490C 2 490C 5 490C 8 460C 11 600C 3 540C 6 430C 9 540C Les températures correspondantes sur le moule mâle sont 1 490C 4 430C 7 460C 10 490C 2 460C 5 490C 8 460C 11 540C 3 540C 6 430C 9 540C La surface intérieure de l'article formé présente une surface acrylique de brillant élevé, exempte de la distorsion observée dans l'Exemple Comparatif A. La densité de 3 la mousse (ne contenant pas de métal) est de 460 kg/m3- L'absorbeur de chaleur métallique diminue sensiblement la température, à un niveau inférieur à celui qui permet une distorsion de la coquille en "Perspex". En outre, l'ombre de la pièce en fer n'apparaît pas lorsqu'on examine la surface supérieure acrylique. Cela est particulièrement inattendu car de légères déformations se produisent souvent sur des surfaces acryliques étirdes,lorsque des températures différentes existent sur une séparation brusque. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière1 sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. Revendications 1. Procédé de fabrication d'un article sanitaire, consistant à préparer une cavité de moule constitué de demi-moules mâle et femelle, la cavité du moule ayant des dimensions telles qu'elle peut recevoir une coquille thermoplastique profilée à renforcer ainsi qu'une matière durcissable de renforcement en quantité suffisante pour former une couche arrière sur la coquille, et à placer dans la cavité, en contact avec le moule mâle, une coquille thermoplastique de configuration correspondant à la surface du demi-moule mâle, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en place d'une structure métallique entre la surface du moule femelle et la face inférieure de la coquille profilée, la structure métallique ayant une étendue suffisante pour constituer un absorbeur de chaleur effectif de la chaleur engendrée pendant le durcissement de la matière durcissable, l'introduction d'une composition durcissable dans la cavité, de manière à envelopper la structure métallique, et la prise de la composition durcissable avant d'enlever l'article du moule. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la structure métallique est une grille de tiges métalliques. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la grille de tiges métalliques est constituée d'une pluralité de tiges métalliques tenues parallèlement les unes aux autres au moyen de traverses formées par des bandes de matière plastique comportant des agrafes pour recevoir et fixer les tiges. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition durcissable contient des éléments comportant un trou taraudé approprié à recevoir un support externe pour l'article sanitaire. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens de renforcement autres que la structure métallique sont inclus dans la composition durcissable. 6. Article sanitaire comprenant un stratifié d'une couche de coquille en matière thermoplastique, qui constitue une surface apparente de l'article,etd'une couche arrière en matière de renforcement durcie, caractérisé en ce qu'un composant métallique est noyé dans la matière de la couche arrière, de façon à accroître la rigidité au moins sur la surface de base de l'article sanitaire. 7. Article suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la coquille est formée à partir d'une feuille ayant une épaisseur inférieure à 5 mm. 8. Article suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la matière de renforcement durcie est obtenue à partir d'une mousse de matière durcissable. 9. Article suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la matière durcie est une composition de polyuréthane ou de polyisocyanurate. 10. Article suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la matière durcie est une mousse de densité 3 comprise entre 100 et 800 kg/m3. 11. Article suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la mousse est une mousse rigide. 12. Article suivant l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que la couche arrière de matière durcie a une épaisseur d'au moins 5 mm.