Brevet FR2686695A1 — publié le 19930730

I,'invention concerne un module rhéométrique, applicable à un dispositif pour l'injection de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables, comprenant des moyens de régulation thermiques, des moyens de mesure de la perte de charges au travers d'une filière, des moyens de mesure du débit du matériau thermoplastique ou thermodurcissable s'écoulant au travers de ladite filière et une unité de traitement des données prélevées. En fait, I'on connaît déjà an travers du document FR-A-2.621 .525, un dispositif pour l'injection de matériau thermoplastiqlles ou thermodureissables à l'aide d'une presse industrielle munie d'un moduler rhéométrique permettant de mesurer et d'analyser la viscosité des matériaux, soit en continu, c'est-à-dire en phase d'injection dans un moule, soit en purge matière. Pour ce faire, ce module est relié à une unité de traitement susceptible d'interpréter les informations recueillies au niveau d'organes de mesure dont est équipé, précisément, ce module. Rn particulier, celui-ci se présente sous forme d'un bloc disposé entre le fourreau contenant la vis d'injection de la presse et une buse d'injection. Ce bloc est percé d'une filière capillaire mettant en communication3 précisément, ledit fourreau et la buse. Ce module est équipé, en outre, d'un élément chauffant et d'un thermocouple assurant la régulation thermique. Par ailleurs, des moyens de mesure de la pression à l'entrée et à la sortie de la filière capillaire permettent de déterminer la perte de charge au travers de cette dernière. Ce module est, finalement, pourvu de moyens de mesure du débit du matériau thermoplastique ou thermodurcissable traversant ladite filière, ces moyens se présentant sous forme de mesure de la vitesse de déplacement de la vis à injecter dans son fourreau. Tel que précisé plus haut, le relevé des données par l'intermédiaire des moyens de mesure précités, a pour but de déterminer la viscosité des matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables dans les conditions d'injection dans un moule. De manière à obtenir un résultat cohérent, il est également recommandé, selon ce document FR-A-2.621.525, de respecter certaines conditions en ce qui concerne le choix de la filière capillaire. Ainsi, le rapport de la longueur de cette dernière et son diamètre doit être supérieur ou égal à 10. De plus, cette filière doit être conçue de facon à diminuer, au maximum, les pertes de charge dans le rhéomètre et de négliger les effets d'entrée et de sortie sans quoi il convient de tenir compte d'un facteur de correction connu par l'Homme du Métier par l'appellation correction de Bagley, Finalement, si le module rhéométrique connu au travers du document précité permet, effectivement, de mesurer la viscosité des matériaux en condition d'injection, il n'est, en aucun cas, apte à déterminer les courbes de l'évolution de la viscosité du matériau thermodurcissable ou thermoplastique en fonction du cisaillement et de la température. En effet, en raison d'une plage de variation limitée au niveau de la vitesse de déplacement de la vis d'injection et de l'usage d'une filière capillaire unique, l'on ne peut générer des pressions, en amont de cette filière, se situant dans irne plage très réduite. Aussi, I'on ne peut accéder au travers de ce module rhéométrique connu qu'à une partie très limitée de ces courbes déterminant la viscosité en fonction du cisaillement et de la température, parties qui ne permettent pas, précisément, d'extrapoler lesdites courbes sans commettre des erreurs grossières. Cependant, il est important de pouvoir fonctionner, quel que soit le lot de matériau thermoplastique ou thermodurcissable considéré, en condition optimum et non simplement par rapport à des données consignes, puisque, précisément, ces données consignes doivent, elles-mêmes, être déterminées en fonction de chaque lot, On rappellera, en effet, que la qualité du produit final obtenu en dépend. Ainsi, selon le lot de matière première utilisée, il conviendra de choisir une température donnée, une vitesse d'avance particulière de la vis d'injection et choisir une pression de maintien en fin d'injection qui soit en mesure de pallier au problème de retrait du matériau lors du changement d'état liquide-solide. La présente invention a pour but d'apporter une solution au problème précité au travers d'un module rhéométrique permettant d'évaluer l'évolution de la viscosité en fonction de la température et des contraintes de cisaillement dans une plage bien plus large, quel que soient les performances de la presse à injecter. A cet effet, l'invention concerne un module rhéométrique applicable à un dispositif pour l'injection de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables, comprenant - des moyens de régulation thermiques - des moyens de mesure de la perte de charge au travers d'une filière - des moyens de mesure du débit du matériau thermoplastique ou thermodurcissable s'écoulant au travers de ladite filière - et une unité de traitement des données prélevées caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'un corps qui, en dehors des moyens de régulation thermiques et des moyens de mesure de la perte de charge, renferme des moyens pour sélectionner une filière parmi plusieurs dont le diamètre est choisi de manière à générer, en amont de ces dernières, des pressions dans des rapports d'au moins 1 à 100 dans la plage des vitesses d'injection usuelles ou accessibles en mode de purge au travers du dispositif, lors de l'écoulement du matériau dans lesdites filières. Selon un mode de réalisation préférentiel. de l'invention, ces moyens de séIection se présentent sous forme d'un barillet monté en rotation, dans le corps du module rhéométrique, autour d'un axe parallèle à I'axe du fourreau, ce barillet étant percé de plusieurs filières de diamètres différents aptes à etre positionnés, successivement, dans le prolongement axial d'un canal d'alimentation lors de la rotation dudit barillet. Selon une autre caractéristique de l'invention, le barillet comporte des moyens d'indexation autorisant le repérage du positionnement de chacune des filières dans le prolongement axial du canal d'alimentation. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent en ce que, pour une presse à injecter usuelle, en sélectionnant successivement chacune des filières, il est possible d'effectuer des mesures pour des pressions s'échelonnant, entre, environ, 20 à 2000 bars en amont desdites filières Il est, de ce fait, aisé de remonter aux courbes de la viscosité du matériau en fonction du cisaillement et de la température par l'intermédiaire de l'unité de traitement associée à ce module rhéométrique. L'emploi d'un logiciel convivial approprié aura pour effet de permettre, à tout opérateur, de déterminer ces courbes au travers desquelles l'unité de traitement indiquera, à cet opérateur, les conditions de fonctionnement optimum de la presse à injecter en vue d'obtenir un produit final aux qualités requises. n'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin joint en annexe et dans lequel - la figure 1 est une vue schématisée et en coupe du module rhéométrique conforme à l'invention; - la figure 2 est une représentation synoptique de ce module rhéométrique adapté à un dispositif pour l'injection de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables. Tel nue représenté dans la figure 1, la présente invention est relative à un module rhéométrique l trouvant son application dans le cadre d'un dispositif 2 pour l'injection de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables et, notamment, au niveau d'une presse à injecter. En particulier, cette dernière comporte un fourreau P > à l'intérieur duquel se déplace une vis d'injection 4 de la manière connue par l'Homme du Métier. A l'extrémité de ce fourreau 3 peut etre rapporté, soit directement, soit au-delà d'une buse d'injection, ledit module rhéométrique 1. Notamment, en mode de fonctionnement, dit de purge, ce module rhéométrique peut venir se substituer, simplement, à ladite buse d'injection. Par ailleurs, au cas où ce module rhéométrique est destiné à rester à demeure sur le dispositif 2, il peut pitre interposé entre le fourreau 3 et ladite buse d'injection. Ainsi, ce module rhéométrique 1 comporte un corps 5 lequel est équipé de moyens de régulation thermiques 6 tels qu'un collier chauffant ou analogue associé à un thermocouple Ce corps 5 comporte, au moins au niveau de son extrémité amont 7, des moyens de liaison 9 conformés de manière à le rendre solidaire soit de l'extrémité du fourreau 3, soit de l'extrémité d'une buse d'injection. Il est bien évident qu'au cas où ce module rhéométrique 1 doit entre interposé entre un fourreau 3 et une buse d'injection, son corps 5 comportera, à chacune de ses extrémités 7, 8, des moyens de liaison 9 lui autorisant, précisément, une telle implantation. Le corps 6 de ce module rhéométrique l comporte, également, au moins une filière 10 de diamètre 11 destinée à être positionné dans le prolongement axial du fourreau 3 et/ou d'une buse d'injection et aboutant, à son extrémité amont 12, à un canal d'alimentation 13 en matériau thermoplastique ou thermodurcissable. Par ailleurs, l'extrémité avale 14 de cette filière 10 peut être amenée en communication avec le canal d'une buse d'injection. Il est prévu selon l'invention, l'implantation d'un clapet anti retour 15 ou d'une vanne boisseau au niveau du canal d'alimentation 13 de manière à éviter une éventuelle perturbation des mesures dans le cadre de presses à injecter particulières. Ce module rhéométrique l est équipé, en outre au niveau de son corps 5, de moyens de mesure de la perte de charge 16 au travers de la filière 10. A noter, à ce propos, que dans le cadre d'une utilisation en mode de purge, seul un capteur de pression 1, disposé, immédiatement, à l'extrémité amont 12 de la filière 10, est nécessaire. En effet, dans de telles conditions, la pression à hauteur de l'extrémité avale l de cette filière 10 est la pression atmosphérique. Le module rhéométrique 1 comporte, également, des moyens de mesure 18 du débit. du matériau thermoplastiqlle ou thermodurcissable s'écoulant, au travers de la filière 70, étant donné que pour intervenir, précisément, sur ce débit. du matériau thermoplastique ou thermodurcissable, I'on vient à modifier la vitesse de déplacement de la vis d'injection 4 dans le fourreau 3, lesdits moyens de mesure de débit 18 se présentent, préférentiellement, sous forme de moyens de détection de la vitesse de déplacement de cette vis d'injection 4 à l'intérieur dudit fourreau 3. L'ensemble des données, recueillies au niveau des différents moyens de mesure et plus particulièrement au niveau des moyens de mesure de la perte de charge 16, des moyens de mesure de débit 18, mais aussi la température relevée à hauteur des moyens de régulation thermiques 6, sont communiquées à une unité de traitement 19 que l'on voit apparaître dans le schéma synoptique correspondant à la figure 2. Cette unité de traitement 19 a pour but de déterminer, au travers des méthodes de calcul connues par l'Homme du Métier, la viscosité du matériau thermodurcissable ou thermoplastique en fonction, précisément, de ces données relevées. Ainsi. cette unité de traitement 19 a-t-elle pour fonction de déterminer les courbes d'évolution de cette viscosité en fonction des contraintes de cisaillement et de la température. Toutefois, tel que ceci fut rappelé plus haut, ces courbes de variation de la viscosité en fonction de la température et, plus particulièrement, du cisaillement ne sont en mesure d'être déterminees convenablement que si l'on peut faire évoluer les paramètres dans une plage suffisamment importante. Notamment, en ce qui concerne la variation de la viscosité en fonction des contraintes de cisaillement, la courbe correspondante ne peut être déterminée qu'en faisant évoluer la pression, en amont de la filière 10, dans des rapports allant de I à 10.0 environ. Cependant, l'on ne peut pas obtenir des variations de pression dans une plage aussi large en utilisant qu'une seule filière 10 et en intervenant que sur la seule vitesse de déplacement de la vis d'injection 4. De manière à répondre à ce problème, il est prévu, selon l'invention, d'équiper le module rhéométrique 1 de moyens de sélection 20 comportant plusieurs filières 10, 10A, lOB aptes à être positionnées dans le prolongement axial du fourreau 3 et dont le diamètre 11, llA, 11R est choisi de manière à générer, en amont de ces filières 10, IOA, lOB, des pressions s'échelonnant dans des rapports d'au moins 1 à 100, dans la plage des vitesses d'injection usuelles ou accessibles en mode de purge du dispositif 2, lors de l'écoulement du matériau thermopi astique ou thermod urcissable, dans lesdites filières 10, 10A, lOB. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, ces moyens de sélection 20 se présentent sous forme d'un barillet 21, d'une part, disposé dans un logement 22 prévu, à cet effet, dans le corps 5 du module rhéométrique 1 et, d'autre part, monté en rotation autour d'un axe 23 parallèle à l'axe 24 du fourreau 3 et, plus particulièrement, du canal d'alimentation 13. Ce barillet 21 est, par ailleurs, percé de plusieurs filières 10, 10A, lOB dont l'axe 25, 25A est parallèle à l'axe 23 du barillet 21 tout en respectant, avec cet axe 23, une distance 26 égale à la distance séparant ledit axe 23 du barillet 21 de l'axe 24 du canal d'alimentation 13. Ainsi, lors de la rotation de ce barillet 21, chacune des filières 10, l0A, lOB est en mesure de se positionner, successivement, dans le prolongement axial du canal d'alimentation 13 en vue d'effectuer des mesures correspondant à une plage de pression donnée. Il convient d'observer que ce barillet 21 est maintenu dans son logement 22 du corps 5 par l'intermédiaire d'un flasque d'extrémité 27 ayant, également, pour fonction d'assurer l'étanchéité de l'ensemble. A noter, en outre, qu'au travers d'une ouverture appropriée 28 dans ce flasque d'extrémité 27, l'on peut procéder à la commande en rotation du barillet 21 ceci par l'intermédiaire de moyens de préhension 29 adaptés. Cette ouverture 28 autorise, par ailleurs, l'évacuation du matériau thermoplastique ou thermodurcissable. Par ailleurs, des moyens d'indexation 30 associés au barillet 21, auront pour avantage de faciliter le positionnement d'une filière 10, 10A, lOB, dans le prolongement axial du canal d'alimentation 13 puisqu'ils informeront l'opérateur de ce positionnement. L'expérience a su démontrer que pour obtenir des courbes exploitables de l'évolution de la viscosité en fonction des contraintes de cisaillement, il doit être balayé une plage de pression allant, de préférence, de 20 à 2000 bars. De telles pressions sont, finalement, obtenues par l'emploi de filières 10, lOA, lOB dont le diamètre 11, 11A, llB est compris entre environ 1 et 15 millimètres, de préférence entre 1,5 et 12 millimètres, ceci en faisant varier, dans la plage des vitesses d'injection usuelles ou accessibles en mode de purge, le déplacement de la vis d'injection 4, Bien sûr, le nombre des filières 10, îOA, lOB équipant le barillet 21 peut varier, ceci dans une plage de 3 à 70. Toutefois, le nombre de six filières apparaît judicieux pour couvrir, convenablement, la plage des pressions susmentionnées et pour obtenir, finalement, un bon compromis entre la qualité des mesures et le temps nécessaire pour les effectuer. Il convient de préciser, en outre, que la longueur de ces filières 10, 1 OA, lOB sera choisie, préférentiellement, au moins égale à trois fois le diamètre. Ainsi, la longueur minimale du barillet 21 sera déterminée en fonction du diamètre de la filière ayant la section la plus importante. Pour en revenir à la figure 2 correspondant à un schéma synoptique de l'installation mettant en oeuvre le module rhéométrique 1 , on s'aperçoit que l'unité de traitement 9 peut être équipée d'un élément de communication avec ltopérateur, tel qu'un écran de sorte que l'usage d'un logiciel convivial sera en mesure d'informer de chacune des démarches à effectuer au cours d'un cycle de mesure complet. Ainsi, cet opérateur sait, très exactement, à quel moment il convient d'intervenir sur l'un ou l'autre des paramètres de mesure tels que la température ou la vitesse de déplacement de la vis d'injection 4 ou encore sur le barillet 21 en vue de sélectionner la filière qui lui est indiquée. Il est évident que le module rhéométrique, objet de la présente invention, permet, non seulement, d'obtenir des résultats directement exploitables, mais encore ces résultats sont d'une très grande fiabilité permettant de déterminer avec précision les conditions de fonctionnement du dispositif d'injection 2 pour un lot de matériau thermodurcissable, thermoplastique déterminé, ceci dans le but de réaliser un produit fini irréprochable. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention Revendications 1. Module rhéométrique (1) applicable à un dispositif (2) pour l'injection de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables comprenant - des moyens de régulation thermiques (6) - des moyens de mesure (16) de la perte de charge au travers d'une filière (10) - des moyens de mesure du débit (18) du matériau thermoplastique ou thermodurcissable s'écoulant au travers de ladite filière (10) - et une unité de traitement (19) des données prélevées caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'un corps () qui, en dehors des moyens de régulation thermiques (B) et des moyens de mesure de la perte de charge (i 6), renferme des moyens (20) pour sélectionner une filière (10, îOA, lOB) parmi plusieurs dont le diamètre (I1, llA, 11B) est choisi de manière à générer, en amont de ces dernières des pressions dans des rapports d'au moins 1 à 100 dans la plage des vitesses d'injection usuelles ou accessibles en mode de purge au travers du dispositif (2), lors de l'écoulement du matériau dans lesdites filières (10, lOA, lOB). 2. Module rhéométrique (1) applicable à un dispositif (2) pour l'injection de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables comprenant un fourreau (3) à I'intérieur duquel se déplace une vis d'injection (4) servant à injecter ledit matériau thermodurcissable ou thermoplastique dans un moule au travers d'une buse d'injection, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps (5) comporte, au moins au niveau de son extrémité amont ((), des moyens de liaison (9) conformés de manière à le rendre solidaire, soit de l'extrémité du fourreau (3), soit de l'extrémité d'une buse d'injection. 3. Module rhéométrique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le corps (5) comporte, à chacune de ses extrémités (7, 8) des moyens de liaison (9) en vue d'être interposés entre le fourreau (3) et la buse d'injection. 4. Module rhéométrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps (o) comporte un canal d'alimentation (13) en matériau thermoplastique ou thermodurcissable auquel aboute l'extrémité amont (12) d'une filière (10, lOA, lOB). 5. Module rhéométrique selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'au niveau du canal d'alimentation est implanté un clapet anti-retour ou une vanne boisseau. ó. Module rhéométrique selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que les moyens de sélection (20) se présentent sous forme d'un barillet (21), d'une part, disposé dans un logement (22) prévu dans le corps (5) et, d'autre part, monté en rotation autour d'un axe (23) parallèle à l'axe (24) du canal d'alimentation (13), ce barillet (21) étant percé de plusieurs filières (10, lOA, lOB) dont l'axe (25, 25A) est parallèle à l'axe (23) du barillet (21) tout en respectant, avec cet axe (23), une distance (2tus) égale à la distance séparant ledit axe (23) de l'axe (24) du canal d'alimentation (in). 7. Module rhéométrique selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le barillet (21) est maintenu dans son logement (22) du corps (5) par l'intermédiaire d'un flasque d'extrémité (27) comportant une ouverture (28) autorisant la commande en rotation du barillet (21) par l'intermédiaire de moyens de préhension (29). 8. Module rhéométrique selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'au barillet (21) sont associés des moyens d'indexation (30) ayant pour fonction d'informer l'opérateur du positionnement, dans le prolongement axial, d'une filière (10, lOA, lOB) par rapport au canal d'alimentation (13). 9, Module rhéométrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les filières (10, lOA, lOB) comportent un diamètre (il, llA, llB) compris entre I et 15 millimètres et de préférence entre 1,5 et 12 millimètres. 10. Module rhéométrique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le nombre des filières (10, lOA, 10B) se situe entre 3 et 10, ce nombre étant, de préférence, égal à 6. 11. Module rhéométrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'unité de traitement (19) est associée à un logiciel convivial tout en étant équipé d'un élément de communication, tel qu'un écran, en vue de guider l'opérateur dans les démarches à effectuer pour l'exécution d'un cycle de mesures complet.