Brevet FR2672536A1 — publié le 19920814

La présente invention se rapporte à un procédé pour la fabrication d'un produit creux en matière plasti- que, en utilisant une résine soluble dans l'eau Elle vise plus particulièrement un procédé pour fabriquer un produit creux en matière plastique présentant des formes géométri- ques complexes, par moulage par injection d'une résine soluble dans l'eau dans une cavité de moulage, après quoi on surmoule celle-ci avec une résine résistante à l'eau et ensuite on dissous la résine formant noyau avec de l'eau déionisée. Le procédé le mieux connu pour fabriquer des produits creux était jusqu'à présent le moulage en creux. Par ce procédé, il était toutefois difficile de fabriquer des produits présentant des formes géométriques compli- quées, telles, par exemple, qu'un collecteur d'admission pour véhicules automobiles, présentant une pluralité de passages incurvés, du fait que la structure de la filière pouvant être utilisée dans ce procédé ne saurait être compliquée de cette manière. Par ailleurs, on a essayé de fabriquer des produits manufacturés creux présentant des formes géomé- triques compliquées par moulage par injection de polymères thermiquement résistants ou de polymères résistant à l'eau tels que le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène ou des polymères qui sont fabriqués en ajoutant des charges, par exemple la fibre de verre, la fibre de carbone, le talc de carbone ou le carbonate de calcium audit polymère thermiquement résistant afin de diminuer le poids des produits Toutefois, les inconvénients spécifiés ci-dessus pour le moulage en creux demeurent encore En conséquence, il n'existe aucun autre procédé pour fabri- quer de tels produits à partir de matériaux métalliques, par exemple l'aluminium par coulage de métal. Pour ce faire, Belland AG de Suisse suggère une méthode pour fabriquer un collecteur d'admission d'air en matière plastique ou analogue en utilisant une technique à noyau perdu dans le Journal of Modern Plastics Interna- tional, Novembre 1990 (Journal international des matières plastiques modernes, Novembre 1990), dans lequel ils n'ont pas exposé le procédé de façon satisfaisante. En ayant à l'esprit les inconvénients dans la fabrication des produits creux par les techniques anté- rieures, la présente invention a pour objet de fournir une nouvelle méthode pour fabriquer un produit creux en matière plastique, présentant des formes géométriques externes ou internes compliquées avec une grande facilité en utilisant une résine soluble dans l'eau. Un autre objet de la présente invention est de fournir une méthode qui peut contribuer à diminuer le poids des produits, à réduire le prix de fabrication de ceux-ci, et présentant des caractéristiques appropriées pour la production industrielle. Encore un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé dans lequel la résine soluble dans l'eau peut être recyclée et réutilisée après avoir été dissoute. En conséquence, le procédé pour fabriquer un produit creux en matière plastique selon la présente invention en tenant compte desdits objets comprend les étapes de: réaliser deux demi-coquilles séparées d'un noyau (désignées dans ce qui suit noyau supérieur et noyau inférieur) par une technique de moulage par injection, dans laquelle l'opération d'injection est réalisée en plusieurs étapes, et en réunissant le noyau supérieur et le noyau inférieur en une seule pièce, par pulvérisation d'un solvant hydrophile polaire OH, tel que de l'eau ou de l'alcool méthylique, sur les surfaces de contact desdits noyaux supérieur et inférieur, et en les séchant ensuite pendant 1 à 24 heures tout en appliquant une pression de 2,069 à 9,653 x 105 a; réaliser un produit surmoulé en insérant ledit noyau dans une cavité de moule, en injectant une résine résistante à l'eau sous pression élevée de façon à la surmouler autour dudit noyau, puis en refroidissant le produit surmoulé; et dissoudre ladite résine soluble dans l'eau dudit produit surmoulé par pulvérisation d'eau chaude fournie par des moyens de chauffage. Dans une autre forme de réalisation de l'inven- tion, ledit noyau est susceptible d'être réalisé par un procédé de moulage par injection en faisant intervenir une phase gazeuse, en mettant en oeuvre de l'oxygène ou un gaz inerte, par exemple de l'azote, sous haute pression, dans le noyau fondu. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation non limitative, en référence aux dessins annexés dans les- quels: Figure 1 est un schéma synoptique illustrant le procédé pour fabriquer un produit en matière plastique creux selon l'invention; et Figure 2 est une vue schématique en perspective, partiellement arrachée, illustrant une technique d'injec- tion pour la fabrication d'un produit creux en matière plastique selon l'invention. Cette forme de réalisation de l'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence aux dessins annexés. On injecte une résine soluble dans l'eau, constituée d'une composition prédéterminée d'une résine à groupe alkyle dans une cavité de moule d'une paire de coquilles présentant une forme géométrique spécifique pour réaliser une demi-coquille du noyau, c'est-à-dire un noyau supérieur et un noyau inférieur, après quoi on réunit l'un à l'autre le noyau supérieur et le noyau inférieur. Pour la réunion du noyau supérieur et du noyau inférieur, on peut mettre en oeuvre différents procédés d'assemblage, par exemple le soudage par solvant, la soudure par ultrason ou la soudure par vibration, qui seront maintenant décrits. Selon le soudage par solvant, le noyau peut être obtenu par un procédé dans lequel on pulvérise une petite quantité de solvant, par exemple de l'eau, sur les surfa- ces en contact du noyau supérieur et du noyau inférieur, respectivement, après quoi on sèche le noyau assemblé pendant 1 à 24 heures tout en appliquant une pression de 2,069 à 9,653 x 105 Pa. Le procédé selon la soudure ultrasonique, comporte les stades de former une structure en relief sur le noyau supérieur, à mettre en contact la structure en relief du noyau supérieur avec la surface du noyau infé- rieur et ensuite à appliquer une longueur d'onde ultraso- nique dont la fréquence se situe dans la gamme de 20 000 Hertz à 40 000 Hertz, de sorte qu'une chaleur de frotte- ment instantanée sur les surfaces en contact du noyau supérieur et du noyau inférieur fait fondre ladite struc- ture en relief ce qui permet d'assembler le noyau supé- rieur et le noyau inférieur à l'intérieur du noyau grâce à la résine fondue. Le procédé faisant intervenir la soudure par vibration comporte les étapes de mettre en contact étroit les surfaces du noyau supérieur et du noyau inférieur sous une pression donnée et à produire une chaleur par frotte- ment sur les surfaces en appliquant une vibration présen- tant une fréquence d'amplitude de 4,23 mm, de sorte que les surfaces des deux demi-noyaux sont assemblées par plusieurs points. Par ailleurs, il est également possible de réaliser un noyau moulé par injection sans fabriquer de noyau supérieur ni de noyau inférieur, respectivement, par la méthode de moulage par injection sous phase gazeuse dans laquelle on monte sur la machine de moulage par injection une buse d'un appareil d'injection de gaz, qui est capable d'injecter de l'oxygène ou un gaz inerte, par exemple de l'azote, sous une pression d'environ 20,684 à 27,579 x 105 Pa, puis on pulvérise (short-shotting) la résine soluble dans l'eau dans une cavité de coquille, on arrête l'opération de moulage pendant un instant et on injecte ledit gaz sous pression élevée par ladite buse avant que la résine soluble dans l'eau remplissant la cavité de coquille ne durcisse, de sorte que la résine fondue peut s'écouler dans la direction la plus stable o l'on peut obtenir une distribution favorable des contrain- tes ou des résistances à l'écoulement afin de réaliser un noyau creux présentant une épaisseur de paroi uniforme. Le noyau creux fabriqué par les procédés men- tionnés ci-dessus est ensuite inséré dans une cavité de moule d'une coquille de moulage par injection, fixée solidement par une attache, et on injecte ensuite une résine résistant à l'eau sous pression élevée de façon à réaliser un surmoulage du moule Le produit à noyau surmoulé ainsi réalisé est extrait de la cavité du moule après refroidissement. A l'intérieur du produit creux surmoulé, on doit enlever du noyau la résine soluble dans l'eau En consé- quence, comme étape finale, après montage du produit creux surmoulé dans un appareil de dissolution, on élimine par dissolution la résine soluble dans l'eau par pulvérisation d'eau chaude à des températures de 87, 80 C à 93,30 C par l'intermédiaire d'une buse. Le procédé total de fabrication d'un produit creux en matière plastique est ainsi terminé uniquement après la technique de finition en ébarbant les éléments non nécessaires qui ont été formés sur les faces interne ou externe du produit pendant la technique de moulage. Exemple A ce stade, un exemple de la présente invention sera décrit de la manière suivante. En référence à la Figure 2, une cavité de moulage 2 d'une paire de moules 12 est préchauffée par de l'eau chaude, de l'huile minérale ou analogue à une température de 48,91 C à 82,21 C pour y injecter un matériau de noyau et de 600 C à 104,41 C pour le surmoulage, respec- tivement Le matériau utilisé pour réaliser le noyau est une résine à groupe alkyle, soluble dans l'eau, et est séché à une température de 87, 81 C pendant environ 4 heures par de l'air chaud, ou bien une méthode de séchage sous vide Par ailleurs, le matériau utilisé pour la technique de surmoulage est une résine résistant à l'eau que l'on sèche à une température de 76,70 C pendant environ 2 heures Cette résine est introduite dans un cylindre d'injection 14 par l'intermédiaire d'une trémie d'alimen- tation 16 pour technique de moulage. Les conditions d'injection sont préparées comme spécifié dans les Tableaux 1 à 4 en indiquant les référen- ces alphabétiques A, B, C et D pour une position d'un cylindre d'injection 14 comportant une vis transporteuse 18, la longueur totale du cylindre d'injection 14 étant divisée en quatre zones à partir d'une buse 20 jusqu'à la trémie d'alimentation 16 selon le même écartement comme représenté sur la Figure 2 La température de traitement, le temps d'injection, la vitesse d'injection ou la pres- sion d'injection dans chaque zone, respectivement, sont susceptibles d'être choisies ou modifiées dans la gamme des valeurs spécifiées sur les Tableaux 1 à 4, correspon- dant à la dimension et au volume du produit. On explicitera en premier la technique d'injec- tion pour réaliser un noyau supérieur; le cylindre d'injection 14 est chauffé jusqu'à une certaine tempéra- ture par un dispositif de chauffage auxiliaire, non représenté au dessin, et chaque position du cylindre d'injection est maintenue à la température telle que spécifiée sur le Tableau 1. Tableau 1 Température de traitement (OC) A B C D Moulage du noyau supérieur 2210 C 1770 C 1770 C 1430 C Moulage du noyau inférieur 2210 C 1770 C 1770 C 1430 C Surmoulage 3040 C 2990 C 2380 C 2490 C La vis transporteuse 18 du cylindre d'injection 14 est actionnée de façon intermittente pour pousser pas à pas la résine fondue vers la buse 14, le temps d'injec- tion respectif dans chaque zone étant tel que spécifié dans le Tableau 2, tandis que la vitesse d'injection respective est telle qu'indiquée dans le Tableau 3. Tableau 2 Temps d'injection (s) A B B C C D Moulage du noyau supérieur à 90 5 à 15 100 à 340 Moulage du noyau inférieur Surmoulage 20 200 30 Tableau 3 Vitesse d'injection (%) A B B C C D Moulage du noyau supérieur à 72 Moulage du noyau inférieur Surmoulage 87 à 92 87 à 93 99 98 La vitesse d'injection est indiquée en pourcen- tage, la vitesse maximale d'injection de la machine de moulage par injection étant considérée comme 100 % par rapport à la course d'injection. La pression d'injection appliquée pendant la technique d'injection en fonction du temps d'injection est telle que spécifiée dans le Tableau 4 La pression d'in- jection est indiquée en pourcentage, la pression d'injec- tion maximale de la machine de moulage par injection étant considérée comme 100 % par rapport à la course d'injec- tion. Tableau 4 Pression d'injection (%) A B B C C D Moulage du noyau supérieur 72 à 90 77 à 85 72 à 86 Moulage du noyau inférieur Surmoulage 98 99 80 Dans la technique d'injection, on ajoute une certaine pression de soutien correspondant à la pression d'injection de façon à mettre à oeuvre de façon satisfai- sante la technique de moulage par injection. Le noyau inférieur présentant une dimension et un volume différents est moulé par injection par le même procédé que décrit ci-dessus, à l'exception des conditions d'injection choisies de façon appropriée parmi les données dans les Tableaux 1 à 4 En conséquence, on omettra les descriptions détaillées de ces conditions. Le noyau supérieur et le noyau inférieur, fabri- qués comme ci-dessus, sont réunis en une seule pièce en pulvérisant un solvant polaire OH hydrophile, et, dans une autre forme de réalisation de l'invention, en appliquant une méthode de soudure ultrasonique ou une méthode de soudure par vibrations En insérant le noyau réuni dans une cavité de moule, et en réalisant ensuite un surmoulage en résine résistant à l'eau autour du noyau en fonction des conditions de mise en oeuvre telles que spécifiées dans les Tableaux 1 à 4. De façon semblable, la technique de surmoulage est réalisée pas à pas comme spécifié pour la technique de moulage du noyau Lorsque la résine du noyau dans la cavité du moule se durcit, le produit est prélevé de la cavité de moulage puis transféré à une technique de dissolution o le noyau réalisé en résine soluble dans l'eau est éliminé par lavage avec de l'eau chaude ou une autre solution afin d'obtenir un produit creux. La méthode décrite ci-dessus selon la présente invention est hautement utilisable pour la réalisation de produits creux présentant des formes géométriques compli- quées, par exemple des collecteurs d'admission pour automobile, des équipements ménagers, des tuyaux ou analogues En outre, ce procédé peut contribuer à réduire le prix de fabrication et de production industrielle, sans parler du fait qu'il est susceptible de diminuer le poids des produits par comparaison avec le procédé classique mettant en oeuvre un matériau métallique. Bien que certaines de formes de réalisation spécifiques de la présente invention aient été décrites et illustrées ci-dessus, il est clair que de nombreuses modifications peuvent être apportées En conséquence, l'invention ne doit pas être considérée comme restreinte sauf si cela était exigé par l'art antérieur et par la portée des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer un produit à noyau creux en matière plastique selon la présente invention en utilisant une résine soluble dans l'eau, qui comprend les étapes de: réaliser deux demi-coquilles séparées d'un noyau en injectant une résine soluble dans l'eau dans une cavité de moule pour noyau au moyen d'un cylindre d'injection d'une machine de moulage par injection, réunir les deux demi-coquilles en une seule pièce, en pulvérisant un solvant hydrophile polaire OH, tel que de l'eau ou de l'alcool méthylique sur les surfaces de contact desdites demi- coquilles, et sécher ensuite le noyau réuni pendant 1 à 24 heures tout en appliquant une pression de 2,069 à 9,653 x 105 Pa; réaliser un produit surmoulé à noyau en insérant ledit noyau dans une cavité de moule, injecter une résine résistante à l'eau sous pression élevée de façon à la surmouler autour dudit noyau, puis refroidir le produit surmoulé à noyau; et dissoudre ladite résine soluble dans l'eau dudit produit surmoulé par pulvérisation d'eau chaude fournie par des moyens de chauffage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les demicoquilles sont réunies en un noyau par une technique de soudure ultrasonique selon laquelle on réalise une structure en relief sur l'une des deux demi- coquilles, on met en contact la structure en relief d'une des demi-coquilles avec la surface de l'autre demi-co- quille et on applique une longueur d'onde ultrasonique afin de provoquer une chaleur de frottement instantanée sur les surfaces de contact des deux demi-coquilles. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux demicoquilles sont réunies en un noyau par une méthode de soudure par vibration selon laquelle on il met en contact les surfaces des deux demicoquilles étroitement sous une pression donnée et on produit une chaleur de frottement sur ces surfaces en appliquant une vibration présentant une amplitude d'environ 4,23 mm. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau est réalisé par une technique de moulage par injection en phase gazeuse, selon laquelle on monte une buse d'un appareil d'injection de gaz sur la machine de moulage par injection, on injecte la résine soluble dans l'eau dans une cavité de coquille, et on injecte un gaz inerte sous une pression entre 20,68 à 27,58 x 105 Pa avant que la résine ne durcisse. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on met en oeuvre une technique d'injection pas à pas pour réaliser les demi-coquilles du noyau, le temps d'injec- tion, la vitesse d'injection et la pression d'injection dans chacune des zones du cylindre d'injection pouvant être modifiés, respectivement. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps d'injection dans la zone entre A et B du cylindre d'injection varie de 25 à 90 secondes. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le temps d'injection dans la zone entre B et C du cylindre d'injection varie de 5 à 15 secondes. 8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le temps d'injection dans la zone entre C et D du cylindre d'injection varie de 100 à 340 secondes. 9 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse d'injection dans la zone entre A et B du cylindre d'injection varie de 60 à 72 % par rapport à la vitesse maximale d'injection de la machine de moulage par injection. Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la vitesse d'injection dans la zone entre B et C du cylindre d'injection varie de 87 à 92 % par rapport à la vitesse maximale d'injection de la machine de moulage par injection. 11 Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la vitesse d'injection dans la zone entre C et D du cylindre d'injection varie de 87 à 93 % par rapport à la vitesse maximale d'injection de la machine de moulage par injection. 12 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on met en oeuvre une technique de surmou- lage pas à pas pour réaliser un produit à noyau surmoulé, le temps d'injection, la vitesse d'injection et la pres- sion d'injection de chaque zone du cylindre d'injection pouvant varier, respectivement. 13 Procédé selon la revendication 5, dans lequel une pression d'injection appliquée pendant la réalisation des demi-coquilles du noyau dans la zone entre A et B du cylindre d'injection varie de 72 à 90 % par rapport à la pression d'injection maximale de la machine de moulage par injection. 14 Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la pression d'injection appliquée pendant la réalisation des demi-coquilles du noyau dans la zone entre B et C du cylindre d'injection varie de 77 à 85 % par rapport à la pression d'injection maximale de la machine de moulage par injection. Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la pression d'injection appliquée pendant la réalisation des demi-coquilles du noyau dans la zone entre C et D du cylindre d'injection varie de 72 à 86 % par rapport à la pression d'injection maximale de la machine de moulage par injection.