Brevet FR2674179A1 — publié le 19920925

PROCEDE DE FABRICATION PAR TRI-EXTRUSION D'UN CRAYON A ECRIRE OU A COLORIER ET CRAYON A ECRIRE OU A COLORIER COMPORTANT UNE GAINE INTERMEDIAIRE DE PROTECTION DE LA MINE La présente invention concerne un procédé pour la fabrication en continu d'un crayon à écrire ou à colorier, par extrusion simultanée de matières thermoplastiques constituant successivement d'une part la mine et d'autre part la matière qui entoure la mine, dénommée matière bois dans la suite du présent texte par analogie avec la composition des crayons traditionnels, dans lesquels cette matière est en bois Elle concerne également un crayon à écrire ou à colorier, susceptible d'être obtenu par le procédé de l'invention. La fabrication des crayons traditionnels est réalisée en déposant une mine de graphite ou une mine pigmentée dans une gaine de bois La sélection limitée des bois possibles, les traitements qu'il est nécessaire de leur faire subir, la complexité des étapes du procédé de fabrication et de finition constituent des inconvénients majeurs De plus les arbres dont provient le bois sont une composante importante de l'équilibre naturel et leur élimination excessive ne peut que perturber cet équilibre. On a déjà proposé de simplifier la technique de fabrication des crayons à écrire en remplaçant le bois proprement dit par une matière thermoplastique extrudée autour d'une mine traditionnelle, ladite matière bois étant choisie de telle sorte qu'elle ait des propriétés de taillabilité comparables au bois Dans le document FR.1 588 294, on a même proposé de réaliser la mine à partir d'une matière thermoplastique chargée par exemple en graphite, puis de l'envelopper avec une matière bois comportant un agent d'expansion, c'est-à-dire une substance dont la décomposition s'effectue dans la gamme des températures auxquelles est réalisée l'extrusion de la matière bois. Le premier rôle de l'agent d'expansion est de diminuer la densité de la matière bois, le-but étant de se rapprocher le plus possible de la densité du bois proprement dit, qui est de l'ordre de 0,5 De plus cette utilisation d'agent d'expansion améliore la taillabilité de la matière bois et en réduit le coût. Le document FR 2 099 248 décrit un procédé, applicable notamment pour la fabrication en continu de crayons à écrire, dans lequel l'enveloppement de la matière bois se fait à la sortie immédiate de l'orifice de sortie de la filière d'extrusion de la matière mine Il s'agit d'une bi-extrusion. On comprend qu'un tel type de procédé présente de très grands avantages par rapport à la fabrication des crayons traditionnels: fabrication en continu, meilleure maîtrise des matières premières, productivité élevée. Cependant le demandeur a constaté que la fabrication de crayons à écrire en mettant en oeuvre une bi-extrusion avec des matières thermoplastiques du type de celles préconisées par le document FR 1 588 294 comportait une limitation importante. En effet il a été remarqué des défauts lors de la production de certains types de crayons, ces défauts consistant dans la présence de bulles sur la périphérie extérieure de la matière mine De tels défauts sont rédhibitoires car ils diminuent la solidité de la mine et d'autre part ils nuisent à l'esthétique du crayon taillé. Le but que s'est fixé le demandeur est de proposer un procédé de fabrication en continu de crayons à écrire ou à colorier, du type de celui divulgué par le document FR 1 588 294, et mettant en oeuvre la poly-extrusion mais qui ne présente pas l'inconvénient précité. Ce but est parfaitement atteint par le procédé de l'invention Il s'agit d'un procédé de fabrication en continu de crayons à écrire ou à colorier, qui consiste à extruder une première matière thermoplastique chargée, dénommée matière mine, puis à envelopper ladite matière mine par une couche d'une seconde matière thermoplastique extrudée contenant un agent d'expansion, dénommé matière bois De manière caractéristique, la matière mine extrudée est, préalablement à son enveloppement par la matière bois, enveloppée par une couche intermédiaire dite de protection, réalisée par extrusion d'une matière thermoplastique exempte d'agent d'expansion et compatible avec la matière mine et la matière bois. Ainsi la couche de protection recouvre la matière mine immédiatement après l'extrusion de celle-ci et forme une barrière de protection contre la pollution due à l'agent d'expansion contenu dans la matière bois En effet à partir des constatations faites par le demandeur, il ressortirait que l'apparition des défauts pourrait provenir des bulles de gaz qui se dégagent lors de l'extrusion de la matière bois en contact avec la matière mine. En conséquence la présence de cette couche de protection, qui ne contient pas d'agents d'expansion, empêche la formation directe des bulles de gaz en périphérie de la matière mine. La compatibilité de la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection avec les matières mine et bois est indispensable pour obtenir une bonne tenue de la mine dans le crayon. Le procédé de l'invention est particulièrement intéressant lorsqu'il s'agit de fabriquer des crayons à mine tendre En effet il s'avère que les défauts de bullage sont les plus fréquents pour ce type de crayons, contrairement aux crayons à mine dure pour lesquels ces défauts sont peu nombreux voire inexistants. Selon le demandeur, on pourrait expliquer ce phénomène par le fait que les composants mis en oeuvre dans la matière mine pour que la mine soit dure, selon la classification habituelle dans le domaine des crayons à écrire ou à colorier, ont globalement une température de fusion qui est sensiblement égale à la température de la matière bois Par contre s'agissant d'une mine douce, la matière mine a une température de fusion nettement inférieure à la température de la matière bois, cette différence pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de degré Etant donné que la température de la tête de bi-extrusion est à une température proche de la température la plus élevée, la matière mine est plus fluide lorsqu'elle sort de la filière d'extrusion et est donc facilement déformable sous l'effet des bulles dégagées en surface de la matière bois. Avantageusement dans ce cas, la couche de protection est réalisée par extrusion d'une matière thermoplastique qui a une température de fusion qui est proche de ou égale à celle de la matière bois. C'est un autre objet de l'invention que de revendiquer un crayon à écrire ou à colorier, qui est susceptible d'être obtenu par le procédé de fabrication précité. De manière connue, ce crayon est constitué par la superposition d'une âme en une première matière thermoplastique chargée dénommée matière mine et d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois. De manière caractéristique, le crayon selon l'invention comporte une couche intermédiaire dite de protection entre la matière mine et la matière bois, dans une matière thermoplastique non expansée adhérant à la matière mine et à la matière bois. Selon une première variante de réalisation, la couche de protection est dans la deuxième matière thermoplastique, constitutive de la matière bois, mais sans que celle-ci soit expansée. Avantageusement, la couche de protection se présente sous la forme d'une gaine de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur Ainsi la présence de cette gaine, qui n'est pas expansée, n'augmente pas sensiblement la densité du crayon De plus on a constaté que la taillabilité du crayon diminuait pour une couche de protection plus épaisse. De préférence, la matière mine, la matière bois et la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection contiennent toutes trois le même composant de base par exemple un copolymère polystyrène-méthacrylate Ceci permet une très bonne compatibilité et donc une adhérence parfaite. De préférence, dans ce cas, la couche de protection est réalisée à partir dudit composant à l'état pur ou d'un mélange comportant au moins 90 % dudit composant. La couche de protection peut être de la couleur de la matière bois ou éventuellement d'une autre couleur, ce qui constitue un avantage au niveau décoratif. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va être faite d'une version du procédé de fabrication d'un crayon à écrire ou à colorier par tri-extrusion de matières thermoplastiques et du crayon à trois couches successives ainsi obtenu, illustré par le dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une représentation sous forme d'un diagramme des étapes de la tri-extrusion, La figure 2 est une vue en perspective du crayon à couche de protection selon l'invention. Les techniques de poly-extrusion sont bien connues de l'homme du métier Les matériels mis en oeuvre sont par exemple du type de celui décrit dans le document FR 2 099 248 pour la bi-extrusion, appliqué à la fabrication en continu de crayons à écrire. De ce fait, on s'est contenté de schématiser sur la figure 1 une tri-extrusion de trois couches de matières thermoplastiques respectivement une âme centrale, une couche intermédiaire et une couche extérieure. Dans le cadre de la présente invention l'âme centrale constitue la matière mine 1, la couche intermédiaire constitue la couche de protection 2 et la couche extérieure constitue la matière bois 3 d'un crayon 4 fabriqué en continu. La composition des matières thermoplastiques est déterminée pour que chaque élément correspondant ait les propriétés que l'on en attend: l'ensemble du crayon doit avoir une bonne taillabilité, et une densité proche de celle du crayon traditionnel en bois, la matière mine doit comporter des charges pour l'écriture et être facilement transférable sur le support d'écriture ou de coloriage pour avoir un bon pouvoir couvrant. Les composants correspondants sont par exemple choisis parmi ceux décrits dans le document FR 1 588 294. 6 2674179 De plus, la matière bois 3 contient un agent expansant par exemple de l'azodicarbonamide, et la couche de protection 2 qui est exempte d'agent expansant doit être compatible avec d'une part la matière mine 1 et la matière bois 2 en sorte d'assurer la bonne tenue de la mine dans le crayon. De préférence les matières thermoplastiques constitutives de ces trois éléments 1,2,3 ont comme base un même constituant. Dans les exemples décrits ci-après il s'agit d'un copolymère polystyrène méthacrylate. Exemple 1: Il sragit d'un crayon 4 à mine douce en graphite. La composition de la matière mine 1 est la suivante copolymère polystyrène-méthacrylate 30 % plastifiant du type phtalate 10 % graphite 50 % noir de carbone 5 % stéarate de zinc 0,5 % talc 4,5 % La composition de la couche de protection 2 est la suivante copolymère polystyrèneméthacrylate 100 % La composition de la matière bois 3 est la suivante copolymère polystyrène-méthacrylate 78,5 % plastifiant du type phtalate 10 % sciures de bois 10 % pigments (mélange maître) 1,5 % Juste avant extrusion on mélange à la matière bois de l'ordre de 2 % d'un mélange maître contenant de l'azodicarbonamide comme agent expansant. La température de fusion de la matière bois est de l'ordre de 200 'C, celle de la couche de protection 2 de 2100 C et celle de la matière mine de l'ordre de 1800 C. Après tri-extrusion et passage en continu dans un conformateur 5, on obtient un crayon 4 de configuration hexagonale qui, une fois taillé (figure 2), laisse apparaître entre la matière mine 1 et la matière bois 3 la gaine de protection 2, qui dans le cas d'espèce avait une épaisseur de 0,3 mm pour un crayon 4 d'environ 7 mm entre plats et une mine 1 d'environ 2 mm de diamètre. Dans le présent exemple, il s'agit d'une mine douce, et elle ne comporte aucune bulle en surface qui vienne nuire à sa résistance et à son esthétique. Pour l'obtention d'un crayon à mine dure, on aurait dû par exemple supprimer dans la composition de la matière mine 1 le plastifiant de type phtalate et on l'aurait remplacé par du copolymère polystyrène-méthacrylate Dans ce cas la température de fusion de la matière mine aurait été de l'ordre de 2101 C, et les défauts de bullage auraient été peu nombreux voire inexistants. Exemple 2: Il S 'agit d'un crayon 4 à mine douce de couleur. La matière bois 3 et la couche de protection 2 sont inchangées. La composition de la matière mine 1 est la suivante copolymère polystyrène-méthacrylate 30 % plastifiant du type phtalate 15 % pigments colorés 20 % stéarate de zinc 0,5 % talc 35 % Sa température de fusion est de l'ordre de 180 CC. En plus des avantages déjà explicités, il est apparu au demandeur que grâce à la gaine de protection, tous les types de crayons -à écrire ou à colorier pouvaient être réalisés, y compris les crayons à mine extra-tendre Dans ce cas, la gaine de protection, qui a dans ce cas de préférence une épaisseur au moins égale à 0,5 mm, fait office de renfort pour la matière mine et cette consolidation diminue très sensiblement les risques de casse de la mise à l'usage. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple non exhaustif, mais en couvre toutes les variantes La couche de protection selon l'invention peut être apparente comme c'est le cas sur la figure 2; on peut aussi la colorer de sorte qu'elle ne soit pas visible Dans l'exemple précité on a utilisé un composant à l'état pur, mais il peut s'agir d'un mélange, tel celui constitutif de la matière bois sans agent expansant On peut aussi choisir d'autres composants de base que le copolymère polystyrène-méthacrylate. La conformation peut donner au crayon tous types de configuration, sans limitation à la forme hexagonale; il peut s'agir d'une forme circulaire, triangulaire, octogonale, sans que cette liste soit exhaustive. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication en continu d'un crayon à écrire ou à colorier ( 4), consistant à extruder une première matière thermoplastique chargée, dénommée matière mine ( 1), puis à envelopper ladite matière mine par une couche d'une seconde matière thermoplastique extrudée contenant un agent d'expansion, dénommé matière bois ( 3), caractérisé en ce que, la matière mine ( 1) extrudée est, préalablement à son enveloppement par la matière bois ( 3), enveloppée par une couche intermédiaire dite de protection ( 2), réalisée par extrusion d'une matière thermoplastique exempte d'agent d'expansion et compatible avec la matière mine ( 1) et la matière bois ( 3). 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication des crayons à mine tendre. 3 Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la couche de protection ( 2) est réalisée par extrusion d'une matière thermoplastique qui a une température de fusion qui est proche de ou égale à celle de la matière bois ( 3). 4 Crayon à écrire ou à colorier, constitué par la superposition d'une âme en une première matière thermoplastique chargée dénommée matière mine ( 1) et d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois ( 3), caractérisé en ce qu'il comporte une couche intermédiaire dite de protection ( 2) entre la matière mine ( 1) et la matière bois ( 3), dans une matière thermoplastique non expansée adhérant à la matière mine ( 1) et à la matière bois ( 3). Crayon selon la revendication 4 caractérisé en ce que la couche de protection ( 2) est dans la deuxième matière thermoplastique, constitutive de la matière bois ( 3), mais sans que celle-ci soit expansée. 6 Crayon selon la revendication 4 caractérisé en ce que la couche de protection ( 2) se présente sous la forme d'une gaine de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur. 7 Crayon selon la revendication 4 caractérisé en ce que la matière mine ( 1), la matière bois ( 3) et la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection ( 2) contiennent toutes trois le même composant de base par exemple un copolymère polystyrène-méthacrylate. 8 Crayon selon la revendication 7 caractérisé en ce que la couche de protection ( 2) est réalisée à partir dudit composant à l'état pur ou d'un mélange comportant au moins 90 % dudit composant. 9 Crayon selon la revendication 4 caractérisé en ce que la couche de protection ( 2) est d'une couleur différente de celle de la matière bois ( 3). 10 Crayon selon la revendication 4 caractérisé en ce que la matière mine ( 1) étant en qualité extra-douce, la couche de protection ( 2) a une épaisseur d'au moins cinq dixièmes de millimètre.