Brevet FR2668094A1 — publié le 19920424

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne des compositions minérales pour moules destinés à la formation par pressage, calibrage et/ou coulage d'objets céramiques ou analogues. L'invention concerne aussi les moules réalisés au moyen des compositions. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les moules destinés à la formation d'objets céramiques, selon les procédés de pressage, calibrage ou coulage, sont le plus généralement réalisés par gâchage de plâtres spéciaux, dits "plâtres de moulage". Les matériaux minéraux constitutifs de tels moules sont choisis pour leur capacité à créer, lors de leur mise en oeuvre, des structures capillaires ou microporeuses permettant la circulation de fluides liquide et/ou gazeux, tels que l'eau provenant de la pâte céramique utilisée pour le formage de l'objet souhaité, et l'air injecté dans le moule pour permettre la séparation de l'objet moulé, du moule quand il est réalisé, par exemple par pressage. Or, les moules destinés à la formation d'objets céramiques sont soumis, lors de leur exploitation industrielle à de multiples contraintes qui sont à l'origine de détériorations rapides et importantes, entraînant leur réforme souvent précoce. L'une de ces contraintes, qui est sensiblement commune à tous les types de moules (pour pressage, calibrage ou coulage), apparaît sous l'aspect d'une érosion des parois de moules qui provoque des changements de forme et d'épaisseur des parois de l'objet moulé. Une telle érosion peut non seulement changer les aspects esthétiques de l'objet moulé mais aussi engendrer, lors de traitements thermiques post-moulage, des incidents majeurs, tels que des fissures, rendant l'objet impropre à une commercialisation : le moule est dès lors inutilisable. Une autre de ces contraintes, qui concerne plus particulièrement les moules de pressage, est provoquée par l'application d'une forte pression à la pâte céramique plastique à mouler, par la partie mâle du moule et par sa transmission à la partie femelle. La répétition fréquente de cette contrainte, dans un procédé de fabrication en grande série, est à l'origine d'une rupture souvent précoce de la partie femelle du moule, rupture se localisant dans la zone à la limite des parois latérales et du fond. Cette rupture, qui se manifeste par la présence de fentes ou d'éclatements locaux, produit des défauts apparents sur les objets moulés les rendant impropres à une commercialisation : le moule est, dès lors, réformé. Une autre de ces contraintes, qui est induite par les matériaux minéraux actuellement utilisés dans la réalisation des moules, est la dissolution lente, mais certaine, de ces matériaux dans la phase aqueuse de la pâte céramique servant à la réalisation de l'objet souhaité. Cette dissolution (associée à l'érosion précitée) est à l'origine d'une obturation progressive des structures capillaires ou microporeuses du moule par effet de saturation et de recristallisation "in situ" qui en impose la réforme précoce. Or, dans la littérature spécialisée, il n'apparaît pas de compositions minérales particulières pour la réalisation de moules (de façonnage d'objets céramiques) qui soient orientées sur l'élimination des contraintes précitées. Bien au contraire, les compositions minérales particulières décrites sont destinées à éliminer d'autres contraintes que celles énoncées à propos des moules de façonnage évoqués. Par exemple, le brevet français 730 358 décrit une composition minérale, mélange de 5 % à 95 % de sulfate de calcium (du type anhydrite) et de 95 % à 5 % d'un ciment (chaux, ciment Portland ou ciment fondu), destinée à la réalisation de surfaces brillantes sur des supports ayant une grande capacité d'absorption d'eau ou d'aspiration. D'autres exemples sont fournis par les brevets français 1 261 887 et 1 338 701. Le premier concerne un procédé de fabrication d'un produit pulvérulent ultradur résistant à l'eau dont la composition est un mélange pulvérulent sec de sulfate de calcium semihydraté, d'un ciment métallurgique (fondu) contenant de la silice et d'un ciment aluminique ce mélange, délayé avec de l'eau, est utilisable à l'air libre ou sous l'eau. Le deuxième concerne un procédé de préparation d'un plâtre synthétique (semihydrate de phosphogypse par exemple) par mélange avec 2 % à 10 % d'un ciment (aluminate et/ou sili-cate) pour en éliminer le caractère acide et le phénomène d'efflorescence bien connu. Enfin, un ultime exemple est donné par le brevet belge 706 214 qui concerne la préparation de moules destinés à être exploités selon le procédé de coulage. La composition de remplissage est particulière car formée d'hydrate de calcium et de silicate : elle ne contient plus de gypse et de ce fait élimine les effets bien connus de la dissolution de la surface du moule au contact de la phase aqueuse de la pâte céramique. L'auteur de ce document insiste sur le fait qu'une composition pour la réalisation d'un moule comportant en mélange du plâtre et du ciment rend pratiquement ce moule inutilisable car imperméable à l'eau par insuffisance, voire absence de porosité empêchant son élimination par aspiration. Ainsi, aucune solution ne semble avoir été trouvée pour éliminer les contraintes auxquelles sont assujettis les moules de pressage, calibrage et coulage, telles que ces contraintes ont été précédemment énoncées. C'est pourquoi, un premier objet de l'invention vise à réaliser des compositions minérales pour moules de pressage, calibrage et/ou coulage ayant la propriété de résister à l'effet d'érosion des parois des moules. Un autre objet de l'invention vise à réaliser des compositions minérales pour moules de pressage, calibrage et/ou coulage ayant la propriété d'améliorer sensiblement la résistance desdits moules à l'effet répété d'une contrainte mécanique, telle que la pression dans le cas par exemple de moules de pressage. Un autre objet de l'invention vise à réaliser des compositions minérales pour moules de pressage, calibrage, et/ou coulage ayant la propriété de doter les moules d'une structure capillaire ou microporeuse permettant la circulation aisée de fluides liquide et/ou gazeux, tels que l'eau provenant de la pâte céramique et l'air injecté dans le moule pour faciliter le décollage de la pièce moulée. Un dernier objet de l'invention vise à créer des moules d'une durée de vie franchement améliorée, réalisant en production industrielle au moins deux fois plus d'opérations de pressage qu'avec des moules de l'art connu. SOMMAIRE DE L'INVENTION Consciente des inconvénients précités, la demanderesse a poursuivi à travers ses recherches la mise au point de compositions minérales pour moules destinés à la formation par pressage, calibrage et/ou coulage, d'objets céramiques ou analogues répondant aux objectifs qu'elle s'est assi gnée. Selon l'invention, les compositions minérales pour moules, à base de l'un au moins des plâtres de type connu pour cet usage, se caractérisent en ce qu'elles comportent, exprimées en partie en poids, selon une application nouvelle, Plâtre 80 à 97 Agent réactif de formule mCaO, nAl203 , pZ 20 à 3. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Par comparaison avec l'art antérieur, l'invention se manifeste comme une application nouvelle de moyens connus, en particulier à l'égard du brevet belge 706 214 qui énonce qu'une composition pour la réalisation d'un moule, en particulier de coulage, comportant en mélange du plâtre et du ciment est inutilisable car elle rend ledit moule imperméable à l'eau et à l'air en raison d'une absence de porosité. Préférentiellement, les compositions minérales pour moules selon l'invention comportent, exprimées en parties en poids Plâtre 88 à 96 Agent réactif de formule mCaO,nAl203,pZ 12 à 4. Le plâtre pour moule peut être choisi parmi les produits commercialisés à cet effet, tels que par exemple, le PRESTIAFORM commercialisé par PRESTIA LAFARCE, le MOLDA PRESSAGE commercialisé par LAMBERT, le KERADUR commercialisé par BOERGARDTS, l'ASDUR commercialisé par GIULINI, ou autres. L'agent réactif de formule mCaO, na203, pZ dans laquelle z Z représente S03 et/ou NO3 et, m m peut prendre les valeurs de l'intervalle 1 à 12, li-mites comprises. n n peut prendre les valeurs de l'intervalle 1 à 7, li- mites comprises, et p p peut prendre les valeurs 0 à 3, limites comprises. peut être introduit dans les compositions selon l'invention, sous la forme, par exemple d'aluminates de calcium, de sulfoaluminates de calcium, de nitroaluminates de calcium, de mélanges d'aluminate de sodium et de chaux, mis en oeuvre seuls ou en combinaison. Mais cet agent réactif peut être également mis en oeuvre sous des formes plus commerciales, telles que par exemple sous la forme d'un ciment alumineux tel que le FONDU et le SECAR 51 de LAFARGE FONDU INTERNATIONAL, le LUMNITE de UNIVERSAL ATLAS, le CA 14 d'ALCOA, ou autres. Dans la réalisation du moule, la mise en oeuvre de la composition minérale précitée s'effectue à partir d'une dispersion d'une quantité pondérale appropriée de la phase minérale de ladite composition représentée par (P) exprimée en parties en poids dans un volume unitaire d'eau représenté par (E) également exprimé en parties en poids conduisant à la définition d'un rapport P/E. Ainsi, dans le cas du moule de pressage, s'il apparaît souhaitable de créer une porosité identique dans les parties mâles et femelle du moule, le rapport P/E est choisi dans l'intervalle 2,5/1 à 3,2/1. Mais, dans le cas où il apparaît salutaire de créer des porosités différentes dans les parties mâle ou femelle des moules, le rapport P/E est choisi dans l'intervalle compris entre 2,7/1 et 3,2/1 pour la partie femelle, dans l'intervalle compris entre 2,5/1 et 3,0/1 pour la partie mâle, étant entendu que le choix fait dans les intervalles précités l'est en relation, d'une part avec le type de pâte céramique plastique mise en oeuvre lors du pressage et d'autre part avec la forme de la pièce à réaliser. Dans le cas du moule de calibrage, le rapport P/E est choisi dans l'intervalle 1,4/1 à 1,8/1 et préférentiellement dans l'intervalle 1,5/1 à 1,6/1. Dans le cas du moule de coulage, le rapport P/E est choisi dans l'intervalle 1,2/1 à 1,6/1 et préférentiellement dans l'intervalle 1,4/1 à 1,5/1. Divers adjuvants de type connu peuvent également être introduits dans les compositions précitées, ces divers adjuvants étant, par exemple, des fibres de verre, de carbone, des fibres synthétiques, telles que fibres de polyoléfines, polyamides, polyesters, polyacryliques. Les moules réalisés au moyen des compositions selon l'invention le sont à partir de suspensions aqueuses desdites compositions. Ces moules, selon l'invention, pour la formation d'objets céramiques par pressage, calibrage et/ou coulage, sont particulièrement remarquables en raison des qualités exceptionnelles qu'ils développent en comparaison avec les moules de l'art antérieur. Parmi ces qualités exceptionnelles, peut être plus spécialement mentionnée une excellente résistance à la rupture octroyant une durée de vie assez exceptionnelle (trois fois à cinq fois celle des moules de l'art antérieur). Parmi ces qualités, peut être également indiquée une substantielle amélioration de la résistance à l'érosion permettant la conservation d'empreintes franches et démunies de défauts précoces. Enfin, parmi les qualités, peut être aussi précisée une très bonne résistance aux chocs thermiques répétés. L'invention sera mieux comprise grâce à la description illustrative des exemples de mise en oeuvre de moules réalisés selon l'invention en comparaison avec un moule réalisé selon l'art antérieur. Exemple 1 - cet exemple illustre la réalisation et la mise en oeuvre industrielle d'un moule de pressage à partir d'une composition minérale selon l'invention. Ce moule comporte deux parties , l'une femelle (statique) et l'autre mâle (mobile). Chaque partie est réalisée selon un procédé connu (Ram Process) de l'homme de métier, au moyen d'une suspension minérale aqueuse de remplissage ayant la formulation suivante Pour la partie femelle, en parties en poids Plâtre 27,9 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAGARGE) Aluminate de calcium 2,1 (sous la forme de ciment le "FONDU" commercialisé par LAFARGE FONDU INTERNATIONAL) Eau 10 P/E 3,0 Pour la partie mâle, en partie en poids Plâtre 26,6 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAFARGE) Aluminate de calcium 1,4 (sous la forme de ciment le "FONDU" commercialisé par LAFARGE FONDU INTERNATIONAL) Eau 10 P/E 3 Les deux parties mâle et femelle sont montées sur une presse hydraulique VICENTINI d'une puissance de 20 tonnes au piston. La pâte céramique mise en oeuvre pour le pressage de l'objet est du type faïence (à base d'argile) ayant une teneur en eau de 20 % en poids. Le récipient réalisé est un plat ovale creux ayant les dimensions : 270 mm x 180 mm x 175 mm. Au cours de son exploitation par pressage, le moule a pu produire sans défaut des pièces pressées jusqu'à environ quatre mille pièces. A partir de ce nombre, les parties mâle et femelle ont commencé à manifester une amorce d'abrasion qui s'est amplifiée dans le temps. Le moule a été reformé à environ 6000 pièces produites, à cause de l'abrasion constatée. A titre de comparaison, un moule de pressage identique a été réalisé à partir d'une dispersion minérale aqueuse appartenant à l'art antérieur et ayant la formulation suivante Pour la partie femelle, en parties en poids Plâtre 30 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAFARGE) Eau 10 P/E 3 Pour la partie mâle, en parties en poids Plâtre 28 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAFARGE) Eau 10 Les deux parties mâle et femelle du moule ainsi préparées ont été montées sur la même presse hydraulique du type VICENTINI, ayant une puissance de 20 tonnes au piston. La pâte céramique utilisée pour le pressage de l'objet est la même que précitée c'est à dire du type faïence (à base d'argile) ayant une teneur en eau de 20 %. Au cours de l'exploitation de ce moule, les parties femelle et mâle ont révélé, dès la centième pièce environ, une érosion qui s'est accentuée dans le temps. Ce défaut a provoqué la réforme du moule après 1 500 pièces produites environ. ExemPle 2 - cet exemple illustre la réalisation et la mise en oeuvre industrielle d'un moule de calibrage à partir d'une composition minérale selon l'invention. Ce moule est réalisé au moyen d'une suspension aqueuse ayant la formulation suivante, exprimée en parties en poids Plâtre 13,8 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAFARGE) Aluminate de calcium 1,2 (sous la forme de ciment le "FONDU" commercialisé par LAFARGE FONDU INTERNATIONAL) Eau 10 P/E 1,5 Le moule ainsi préparé a été monté sur une machine ELMETHERM PLANI ROLL d'une puissance de 6 tonnes au piston. La pâte céramique mise en oeuvre pour la réalisation de l'objet céramique (qui est une assiette) est du type faïence (à base d'argile) ayant une teneur en eau de 20 % en poids. Au cours de son exploitation, le moule a pu produire sans défaut 200 moulages à l'heure avec un temps de sèche (dans un séchoir Tunnel à 40 OC) réduit à 2 heures. A titre de comparaison, un moule de calibrage identique a été réalisé à partir d'une dispersion minérale aqueuse appartenant à l'art antérieur et ayant la formulation suivante en parties en poids Plâtre 15 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAFARGE) Eau 10 P/E 1,5 Le moule ainsi préparé a été monté sur la même machine de calibrage et l'objet réalisé (asiette) l'a été à partir de la même pâte céramique. Au cours de son exploitation, ce moule a pu produire sans défaut 200 moulages à l'heure, mais le temps de sèche (au séchoir Tunnel à 40 OC) était au minimum de 4 heures. ExemPle 3 - cet exemple illustre la réalisation et la mise en oeuvre industrielle d'un moule de coulage à partir d'une composition minérale selon l'invention. Ce moule est réalisé au moyen d'une suspension aqueuse ayant la formulation suivante, en parties en poids Plâtre 14,25 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAFARGE) Aluminate de calcium 0,75 (sous la forme de ciment le "FONDU" commercialisé par LAGARGE FONDU INTERNATIONAL) Eau 10 P/E 1,5 L'objet à réaliser était une terrine de dimensions 150 mm x 110 mm x 70 mm. Le moule ainsi préparé a été alimenté au moyen d'une barbotine du type pâte à faïence. Au cours de son exploitation, le moule a pu produire en 50 jours environ 200 objets Au terme de cette production, le moule présentait une certaine érosion et de ce fait, a été réformé A titre de comparaison, un moulage de coulage identique a été réalisé à partir d'une dispersion minérale aqueuse appartenant à l'art antérieur et ayant la formulation suivante exprimée en parties en poids Plâtre 15 (PRESTIAFORM de PRESTIA LAFARGE) Eau 10 P/E 1,5 Le moule ainsi préparé a été mis en exploitation et a été alimenté au moyen de la même barbotine que précitée. Au cours de son exploitation pendant 50 jours, le moule n'a pu produire que environ 100 objets et a dli être reformé en raison de la forte érosion qu'il manifestait. REVENDICATIONS 1/ Compositions minérales pour moules destinés à la formation par pressage, calibrage et/ou coulage d'objets céramiques ou analogues, à base de l'un au moins des plâtres de type connu pour cet usage, caractérisées en ce que, selon une application nouvelle, elles comportent, exprimées en parties en poids Plâtre 80 à 97 Agent réactif de formule mCaO, nA1203,pZ 20 à 3 2/ Compositions selon la revendication 1, caractérisées en ce qu' elles comportent préférentiellement, exprimées en parties en poids Plâtre 88 à 96 Agent réactif de formule MCaO,nA1203,pZ 12 à 4 3/ Compositions selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisées en ce que l'agent réactif de formule mCaO,nAl203,pZ est tel que Z représente S03 et/ou N03, m prend une valeur de l'intervalle 1 à 12 (bornes incluses), n une valeur de l'intervalle 1 à 7 (bornes comprises) et p prend une valeur de l'intervalle 0 à 3 (bornes comprises). 4/ Compositions selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisées en ce que l'agent réactif de formule m CaO,nA1203,pZ est choisi dans le groupe constitué par les aluminates de calcium, les sulfoaluminates de calcium, les nitroaluminates de calcium, les mélanges d'aluminate de sodium et de chaux et les ciments alumineux mis en oeuvre seuls ou en combinaison. 5/ Compositions selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisées en ce que, dans le cas du moule de pressage, elles sont mises en oeuvre sous la forme d'une dispersion d'une quantité pondérale appropriée (P) de la phase minérale, exprimée en partie en poids, dans un volume unitaire d'eau (E) selon un rapport pondéral (P/E) choisi dans l'intervalle 2,5/1 à 3,2/1. 6/ Compositions selon la revendication 5, caractérisées en ce que le rapport pondéral P/E est préférentiellement choisi - pour la partie femelle des moules dans l'intervalle 2,7/1 et 3,2/1 - pour la partie mâle des moules dans l'intervalle 2,5/1 à 3,0/1. 7/ Compositions selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisées en ce que, dans le cas du moule de calibrage, elles sont mises en oeuvre sous la forme d'une dispersion d'une quantité pondérale appropriée (P) de la phase minérale exprimée en partie en poids, dans un volume unitaire d'eau (E) selon un rapport pondéral P/E choisi dans l'intervalle 1,4/1 à 1,8/1 et préférentiellement choisi dans l'intervalle 1,5/1 à 1,6/1. 8/ Compositions selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisées en ce que, dans le cas du moule de coulage, elles sont mises en oeuvre sous la forme d'une dispersion d'une quantité pondérale appropriée (P) exprimée en partie en poids, dans un volume unitaire d'eau (E), selon le rapport pondéral P/E choisi dans l'intervalle 1,2/1 à 1,6/1 et préférentiellement dans l'intervalle 1,4/1 à 1,5/1. 9/ Compositions selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisées en ce qu'elles contiennent des adjuvants choisis dans le groupe constitué par les fibres de verre, fibres de carbone et fibres synthétiques. 10/ Moules de pressage, calibrage et coulage réalisés au moyen des compositions selon les revendications 1 à 9.