Brevet FR2667882A1 — publié le 19920417

i La présente invention concerne un procédé de fabrica- tion de pièces conformées, a partir de pâte à papier, et en particulier de pâte à papier de la qualité communément appelée " pâte noble" dans cette industrie, la matière de ces pièces moulées présentant sensiblement la même rigidité que certains cartons. L'invention est également relative à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce procédé permet de fabriquer notamment des jouets, des sculptures, des décorations d'objets, des présentoirs et/ou emballages pour produits cosmétiques, parfums, médi- caments, produits agro-alimentaires, ainsi que des pièces pouvant être utilisées dans la joaillerie, l'hygiène ou les arts sous forme d'emballages,de coffrets ou encore de sup- ports publicitaires. On connaît différents dispositifs pour la fabrication d'articles en pâte à papier En particulier, le brevet US-1 697 244 qui est relati- vement ancien, concerne une machine pour le formage de pâte à papier comprenant une roue tournant autour d'un axe horizontal et supportant à sa périphérie des porte-moules A la partie inférieure de cette roue, est prévu un récipient rempli de pâte à papier Cette machine comprend des moyens pour maintenir une aspiration sur les moules Ainsi, une pression constante et uniforme est maintenue sur la couche de pâte à papier placée dans le moule, durant le dépôt de la pâ- te à papier et le séchage de celle-ci Le séchage s'effectue grâce à l'aspiration d'air chaud à travers la pâte à papier et le moule, durant le passage de celui-ci dans la chambre de séchage Des moyens sont prévus pour fournir de l'air sous pression vers l'intérieur du moule de façon à éjecter l'article une fois sec. Les brevets GB-1 137 761 et FR-1 399 753 sont plus ré- cents mais décrivent des machines pour la fabrication d'articles creux en pâte à papier comprenant des moyens simi- laires et en particulier une roue porte-moules. On constate que, du fait de leur rotation, ces machines sont complexes, en particulier en ce qui concerne les systè- mes d'alimentation, en air comprimé par exemple De plus, le changement des moules sur la roue est une opération relative-5 ment longue Ces machines présentent des dimensions importantes,du fait que les moules doivent être fixés sur une roue Ainsi,la taille des pièces moulées par ces machines est limitée I 1 n'est, en particulier, pas envisageable de réaliser des piè-10 ces d'une largeur de 2 ou 3 mètres. Ces machines sont destinées a permettre des cadences de production relativement importantes et elles sont utilisées par exemple pour réaliser des conditionnements et emballages de produits agroalimentaires tels que des bottes à oeufs Les15 procédés connus de fabrication de pièces en cellulose réali- sées à partir de pâte à papier, mis en oeuvre notamment par l'utilisation des machines qui viennent d'être décrites, consistent donc a% 1) appliquer de la pâte a papier dans une empreinte à la forme de la pièce et ménagée dans un support,par aspira- tion au travers de l'empreinte précitée de ce support, de sorte que la pâte à papier soit mise en forme sur l'empreinte, et 20) sécher la pâte préalablement déposée Ces procédés connus nécessitent l'utilisation d'au moins trois outillages distincts complémentaires et compre- nent les étapes successives suivantes: 1 ) Mise en place d'une grille métallique à la forme de la pièce désirée, et définissant l'empreinte, qui est supportée dans une forme analogue en métal plein ou en un au- tre matériau résistant,destinée à éviter la déformation de la grille ou empreinte, relativement flexible Cette forme en métal est percée d'une multitude de trous pour permettre l'aspiration au travers de cette grille qui la coiffe. ) Aspiration de la pâte au travers de la grille et de la forme en métal ou autre matériau résistant. ) Séchage de la pièce moulée par passage dans un four tunnel, dans lequel la pièce est entraînée par une bande transporteuse qui traverse le tunnel, le séchage de la pièce étant assuré par soufflage de jets d'air chaud le long de sa trajectoire dans le four tunnel, l'air chaud étant à une température suffisante pour la transformation du liquide rémanant en vapeur évacuée par un système de ventilation Dans un autre mode d'exécution de l'étape de séchage, la pièce est séchée au moyen de deux outillages complémen- taires: un premier outillage en métal présentant une em- preinte négative de la pièce, et renfermant un ensemble de résistances électriques permettant l'élévation en températu- re de l'outillage à une température comprise entre 2600 C et 2900 C, l'outillage et l'empreinte étant percés d'une multi- tude de trous pour laisser s'évacuer la vapeur, un deuxième outillage, similaire au premier en ce qu'il présente une empreinte de la pièce renfermant un en- semble de résistances électriques et chauffantes et est percé d'une multitude de trous, mais tel que son empreinte soit de forme positive, et complémentaire de la forme néga- tive de l'empreinte du premier outillage Chacun des deux outillages nécessaires à la mise en oeuvre de l'étape de séchage du procédé utilisé actuelle- ment, est d'une réalisation complexe et doit présenter une forme correspondant à la pièce à sécher, ce qui entraîne un coût et un temps considérables pour la fabrication de ces dispositifs Ces procédés nécessitent donc l'utilisation de plu- sieurs outillages, plusieurs semaines à plusieurs mois pou- vant être nécessaires à la confection de ces outillages, suivant la difficulté résultant des problèmes d'adaptation à la forme de la pièce à sécher. Par ailleurs,ces procédés sont d'une mise en oeuvre coûteuse, à cause de leur grande consommation d'énergie pour le chauffage des outillages ou du four tunnel. De plus, ce dernier est encombrant et son entretien et sa maintenance compliquent les opérations de production Quant aux outillages spéciaux de séchage décrits pré- cédemment, ils sont d'un coût très élevé à la fabrication et ne sont adaptés qu'à une seule dimension et forme de pièce Il faut donc réaliser de nouveaux outillages,avec toutes les complications de production qui en résultent pour chaque pièce différente. Comme cela a été indiqué précédemment, le moule est, en général, constitué par une empreinte, réalisée en une grille métallique mise à la forme de la pièce désirée et un élément de forme analogue mais réalisé notamment en un métal plein percé de trous. On comprend que, dans les machines connues, une aspi- ration importante doit être appliquée sur le moule lorsque celui-ci est rempli de pâte à papier En effet, le moule est entraîné en rotation par la roue et la pâte à papier n'est maintenue dans le moule que par l'aspiration appliquée. On constate que, du fait de l'aspiration, la pâte à papier pénètre dans les trous de la grille Ceci oblige à réaliser uniquement des pièces ne présentant pas de contre- dépouille En effet, une pièce présentant une contre- dépouille ne pourrait être démoulée. Cette contrainte entraîne des inconvénients notables car elle complique la réalisation des moules De plus, la présence de contre-dépouilles peut être intéressante pour accroître l'impression de volume des pièces obtenues, notamment dans le cas de réalisation de présentoirs pour produits cosmétiques Elle peut également être tout â% fait indispensable si l'on souhaite réaliser des sculptures par exemple La présente invention vise à remédier à ces inconvé- nients, et à apporter divers avantages consistant notamment a simplifier de façon notable le dispositif de mise en oeu- vre,à proposer un moule pouvant être exécuté rapidement,gé- néralement sous 24 heures,à permettre la réalisation de pièces de dimensions quelconques et pouvant présenter des contre-dépouilles et à permettre une mise en oeuvre économi- que et aisée de l'étape de séchage, grâce à l'utilisation de moyens en commun avec ceux utilisés pour conformer les pièces. A cet effet, l'invention est relative à un procédé de fabrication de pièces à partir de pâte à papier, comprenant: 1) une étape de mise en forme dans laquelle on appli- que de la pâte à papier dans un moule à la forme de la pièce et 2) une étape de séchage dans laquelle on apporte de la chaleur à la pièce préalablement conformée dans le moule. Selon l'invention, pendant les deux étapes, le moule est fixe et sensiblement horizontal, la partie intérieure du moule étant dirigée vers le haut De plus, pendant l'étape de mise en forme, on maintient à température ambian- te, une surpression du côté extérieur du moule par rapport à l'intérieur du moule. Enfin,pendant l'étape de séchage, on maintient une dé- pression du côté extérieur du moule par rapport a l'intérieur du moule. De façon avantageuse, l'intensité de la surpression maintenue pendant l'étape de mise en forme est choisie de façon à obtenir une couche sensiblement homogène et uniforme de pâte à papier à l'intérieur du moule. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, pendant l'étape de séchage, on apporte de la chaleur à la pièce, par rayonnement infrarouge. De préférence, le rayonnement produit une température comprise entre 1001 C et 2901 C. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, pendant l'étape de séchage, on apporte de la chaleur à la pièce en chauffant des gaz qui sont aspirés au travers de la pièce du fait de la dépression. Afin que le séchage de la pièce soit le plus court et le plus complet possible, les gaz chauds aspirés pendant l'étape de séchage sont à une température comprise entre 1000 C et 2900 C. Alors que la pièce conformée se trouve encore dans le moule, elle est séchée soit par rayonnement et aspiration de gaz,soit par aspiration de gaz préalablement chauffés au travers du moule et du support, de sorte que l'ensemble des étapes du procédé de fabrication se fait jusqu'au démoulage de la pièce moulée et séchée, à l'aide du même outillage pour le moulage, ou conformation, et le séchage Dans le but de limiter les manipulations et de s'adapter à toutes les formes de pièces, la pièce en pâte à papier est démoulée par injection d'air comprimé à travers le moule,après le séchage. En variante, et afin de réaliser des économies de coût, de maintenance et de manipulation pour les pièces, lesdites pièces peuvent, notamment lorsqu'elles sont de grandes dimensions être démoulées au moyen d'un dispositif d'aspiration à ventouse, ce qui permet éventuellement d'utiliser la même source d'aspiration que pour les autres étapes du procédé. Afin d'augmenter la beauté de la pièce et de lui don- ner un meilleur pouvoir de communication, le procédé de fa- brication comporte une étape optionnelle supplémentaire de coloration de la pièce moulée par dépôt de pigments sur la surface de la pièce ou par adjonction de pigments dans la pâte à papier Dans ce dernier cas, on obtient ainsi des pièces teintées dans la masse. En vue d'augmenter la rigidité et l'esthétique, les pièces moulées peuvent être métallisées. Afin que les pièces placées à l'extérieur ou stockées dans des endroits humides ou non protégés résistent aux in- tempéries,le procédé de fabrication des pièces comporte une étape optionnelle d'imperméabilisation par un traitement de résines. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit Selon l'invention,le moule est réalisé en un matériau poreux et non hydrophile. De façon préférée, le matériau résiste aux chocs ther- miques dûs aux passages de vapeur lorsque le séchage est ob- tenu par aspiration de gaz chauds de façon à ce que la durée de vie du moule soit relativement longue Dans le même but, on choisit de préférence un matériau qui ne s'oxyde pas.15 Ce matériau peut être composite. Divers détails et avantages de l'invention apparaî- tront clairement à la lecture de la description qui va sui- vre, donnée à titre non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:20 Les figures 1 et 2 représentent, une pièce respectivement pendant l'étape de mise en forme et à l'état encore humide, puis pendant l'étape de séchage par aspiration. En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention permettant la fabrication de pièces à partir de pâte à papier, comprend essentiellement un moule 1, placé sur un support 2 fixe Le moule est disposé de façon sensi- blement horizontale, la partie intérieure 3, du moule étant dirigée vers le haut Il est réalisé dans un matériau poreux aux gaz.30 La pièce 4 est mise en forme de la manière suivante: on verse, manuellement ou par des moyens automati- ques, une quantité appropriée de pâte à papier dans le mou- le 1, et on maintient, à température ambiante,pendant tou- te l'étape de mise en forme, une surpression,du côté exté- rieur 5 du moule 1 par rapport à l'intérieur 3 du moule. Cette surpression dont l'intensité est judicieusement choisie, permet d'éviter que la pâte à papier ne se dépose au fond du moule, du fait de la gravité et de maintenir une couche uniforme et homogène de pâte à papier sur la partie intérieure 3 du moule Pendant l'étape de séchage, on établit une dépression du côté extérieur 5 du moule 1 par rapport à l'intérieur 3 du moule et l'on apporte de la chaleur à la pièce préalable- ment conformée dans le moule Cette dépression peut par exem- ple être obtenue au moyen d'une pompe à vide et d'un conduit débouchant à l'arrière du moule 1 Ces dispositifs ne sont pas illustrés sur les figures. Cette chaleur peut être apportée à la pièce par rayon- nement infra-rouge Ce rayonnement est produit par un dis- positif approprié qui n'est pas représenté sur les figures. Ce dispositif produit notamment une température comprise en- tre 1000 et 290 WC. On peut déterminer de façon appropriée la valeur du rayonnement pour que la pièce soit chauffée sans que le mou- le ne le soit Ceci permet de protéger efficacement le mou- le des chocs thermiques On peut également choisir de sécher la pièce 4 dans le moule 1 en aspirant des gaz chauds 6 à travers la pièce et le moule, le flux de gaz étant dirigé du haut vers le bas du moule, comme illustré par la figure 2. Cette aspiration 6 de gaz chauds peut par exemple être obtenue au moyen d'un dispositif de chauffage placé au- dessus du moule et chauffant des gaz qui sont aspirés du fait de la dépression Ce dispositif n'est pas représenté sur la figure 2 Les gaz utilisés sont, de préférence,constitués par de l'air ambiant. Ainsi, le dispositif de chauffage chauffe l'air jusqu'à une température comprise de préférence entre 1000 C et 2900 C, et l'air chaud 6 est mis en mouvement au travers du moule 1 et de la pièce 4, conformée dans le moule, par 9 - ladite pompe montée à l'extrémité dudit conduit d'aspiration, ce qui sèche la pièce 1 conformée qui est encore dans l'empreinte. Du fait de la dépression,la pâte a% papier vient se fixer dans le moule En effet,le moule,bien que non herméti- que à la pression,est étanche à la pâte à papier -qui ne peut donc pas être entraînée plus loin par la dépression,et cet- te pâte prend la forme imposée par le moule, tout en étant séchée du fait de la température du rayonnement ou de l'air aspiré. Puis la pièce 1 est démoulée suivant deux variantes de réalisation possibles soit par une distribution d'air comprimé, produite par une source d'air comprimé disponible dans l'atelier, cet air comprimé circulant de la même manière que l'air as- piré par la pompe, mais en sens opposé, et expulsant la pièce 4 du moule 1. soit un dispositif d'aspiration par ventouse qui est placé sur au moins une surface extérieure de la pièce, et par déplacement de la ou des ventouses sur la pièce 4. Le moule 1 est réalisé de préférence en un -matériau non hydrophile. Il est soumis à des chocs thermiques importants lors- que le séchage est assuré par aspiration de gaz chauds et, pour accroître sa durée de vie, il est préférable de le réaliser en un matériau résistant aux chocs thermiques Dans le même but, ce matériau ne s'oxyde pas De préférence,le moule 1 peut notamment être constitué en un matériau composite pour être rapidement réalisé Le procédé peut comporter une étape supplémentaire se ion la fonction assignée à la pièce dont voici certains exemples spécifiques D'une manière générale, afin de présenter différents aspects suivant les différentes faces de la pièce moulée, de manière à modifier le pouvoir de communication de la pièce utilisée, notamment comme présentoir, la pièce est colo- rée dans une étape supplémentaire par tous types de dépôt de pigments sur les surfaces de ladite pièce. Selon un autre mode de réalisation, les pièces obte- nues ont été teintées dans la masse par une adjonction de pigments dans la pâte à papier,préalablement aux différentes étapes du procédé qui viennent d'être décrites. Selon un mode spécifique de réalisation, les pièces peuvent être métallisées Afin de présenter un aspect raffiné nécessaire notam- ment pour les présentoirs,la teinte de la pièce moulée peut être obtenue par peinture au pistolet. Afin d'obtenir des états de surface différents le procédé de fabrication des pièces moulées peut comporter une étape supplémentaire de laquage avec ou sans cuisson, ce qui permet d'ajuster la qualité de la surface à la fonction de la pièce et de rendre, de plus, la pièce totalement im- perméable Il apparaît clairement de la description qui précède que, du fait que le moule est fixe et horizontal,le moule et donc la pièce peuvent être de dimensions quelconques. De plus, le dispositif est très simple par rapport aux dispositifs connus En particulier, le moule peut être changé très rapidement ce qui est intéressant dans le domaine tech- nique visé par l'invention,lorsque les séries sont de peti- tes quantités. Le moule étant disposé de sorte que sa partie infé- rieure soit dirigée vers le haut, l'intensité de l'aspiration de gaz établie pendant l'étape de séchage est très inférieure à celle qui est nécessaire dans les systèmes à roue tournante qui n'utilisent pas la gravité Ainsi, la pâte à papier pénètre beaucoup moins dans la surface interne du moule et l'on peut réaliser des pièces présentant des contre-dépouilles. il Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un procédé bien particulier, elle n'y est nullement limitée et on peut y apporter de nombreuses variantes, comme par exemple tous les procédés permettant une vaporisation de li-5 quide rémanent, dans le moule de conformation sans sortir du cadre de l'invention. Les signes de référence insérés après les caracté- ristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces der-10 nières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1.Procédé de fabrication de pièces à partir de pâte à papier comprenant: 1) une étape de mise en forme dans laquelle on applique de la pâte à papier dans un moule à la forme de la pièce et 2)une étape de séchage, dans laquelle on apporte de la chaleur à la pièce préalablement conformée dans le moule, caractérisé en ce que, pendant les deux éta- pes, le moule ( 1) est fixe et sensiblement horizontal, la partie intérieure ( 3) du moule étant dirigée vers le haut, en ce que, pendant l'étape de mise en forme, on maintient,à température ambiante, une surpression du côté extérieur ( 5) du moule par rapport à l'intérieur ( 3) du mou- le ( 1) et en ce que, pendant l'étape de séchage, on main- tient une dépression du côté extérieur ( 5) du moule par rapport à l'intérieur ( 3) du moule 2.Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que l'intensité de la surpression maintenue pendant l'étape de mise en forme est choisie de façon à obtenir une couche sensiblement homogène et uniforme de pâte à papier à l'intérieur ( 3) du moule ( 1). 3.Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que pendant l'étape de séchage, on apporte de la chaleur à la pièce ( 4) par rayonnement infra-rouge. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rayonnement produit une température comprise entre 1001 C et 2900 C. 5.Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que, pendant l'étape de séchage, on apporte de la chaleur à la pièce ( 4) en chauffant des gaz qui sont, aspirés au travers de la pièce du fait de la dépression. 6.Procédé selon la revendication 5,caractérisé en ce que lesdits gaz sont constitués par l'air ambiant. 7.Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6,carac- térisé en ce que les gaz chauds ( 6) aspirés pendant l'étape de séchage sont à une température comprise entre 100 C et 290 C 8.Procédé de fabrication de pièces, selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'après l'étape de séchage, la pièce ( 4) est dégagée du moule ( 1) par injection d'air comprimé à travers le moule. 9.Procédé de fabrication de pièces selon l'une des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'après l'étape de séchage, la pièce ( 4) est dégagée du moule ( 1) au moyen d'un10 dispositif d'aspiration à ventouse. l O.Procédé de fabrication de pièces selon l'une quel- conque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de coloration de la pièce ( 4) conformée, par dépôt de pigments sur la surface de ladite pièce ll.Procédé de fabrication de pièces selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de coloration dans la masse de la pièce ( 4),par adjonction de pigments dans la pâte à papier. 12 Procédé de fabrication de pièces selon l'une quelconque des revendications 1 à ll,caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de métallisation de la surface de la pièce ( 4) conformée. 13 Procédé de fabrication de pièces selon l'une des revendications 1 à 12,caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'imperméabilisation des pièces ( 4),par un traitement de résines. 14.Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant un moule,caractérisé en ce que ledit moule ( 1) est réalisé dans un matériau poreux non hydrophile. 15.Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit matériau résiste aux chocs thermiques et ne s'oxyde pas.35 16 Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que ledit matériau est composite.