Brevet FR2746696A1 — publié le 19971003

L'invention concerne le domaine du moulage par injection d'articles en matière plastique ayant des constitutions intérieure et extérieure différentes. Deux exemples illustratifs de ce type de pièce peuvent être trouvés respectivement dans FR-A2 257 408 et dans US-A-5 098 637. Dans le premier cas, il s'agit de fabriquer des pièces constituées par la disposition, l'une à l'intérieur de l'autre, d'au moins deux matières plastiques de compositions différentes. Dans le second cas, il s'agit de réaliser des pièces creuses, avec une matière plastique extérieure, tandis que l'intérieur de la pièce sera creux, le procédé de fabrication prévoyant pour cela l'injection d'un fluide, lequel est de préférence un gaz sous pression. Quoi qu'il en soit, dans un cas comme dans l'autre, on trouve divulgué un procédé de moulage par injection comprenant les étapes dans lesquelles - on injecte une quantité de matière plastique coulable (c'est-à-dire fluide) dans une cavité de moulage ayant une forme définissant une partie au moins de la pièce à mouler, - on fait se déplacer, depuis la cavité vers au moins un réservoir annexe communiquant avec cette cavité, une partie de ladite quantité de matière injectée, sous l'action d'une charge d'au moins une deuxième matière plastique fluide ou d'un gaz sous pression introduit dans la cavité, à l'intérieur de ladite première matière plastique injectée, - on permet à la matière plastique injectée de se solidifier, et - on démoule la pièce. Que ce soit pour la réalisation d'une pièce bi-matière, comme dans FR-A-2 257 408, ou d'une pièce creuse fabriquée par injection de gaz, comme dans US-A5 098 637, on peut constater que la seconde matière plastique ou le gaz "de coeur" qui est injecté(e) pour pousser la matière plastique extérieure "de peau" vers les réservoirs annexes ne pénètre pas dans ces réservoirs (appelés "spill cavities"). Certes, dans US-A-5 318 433 il est prévu, pour injecter une pièce creuse à l'aide de gaz sous pression, que du gaz soit contenu dans ces "réservoirs annexes", également dénommés masselottes. Mais, à la différence de ce qui a été indiqué ci-avant, US-A-5 318 433 prévoit que, si du gaz y est ainsi contenu, c'est qu'il y a été directement injecté, la (les) buse(s) d'injection prévue(s) à cet effet débouchant alors en effet directement dans le (lesdits) réservoir(s) annexe(s). Les réservoirs ou masselottes sont alors utilisé(e)s pour assurer un passage du gaz vers la cavité principale de moulage, ce qui est considéré en l'espèce comme un inconvénient au regard - de la qualité des pièces creuses obtenues, notamment s'il s'agit de pièces relativement complexes, - du possible contrôle d'une épaisseur régulière de leur paroi à l'intérieur de la cavité de moulage, ainsi que de la manière de concevoir le moule et les dispositifs d'injection qui vont avec. Il faut également signaler que la société SCHADE a déjà envisagé dans un brevet d'assurer un déplacement vers les masselottes d'une partie d'un gaz sous pression introduit à l'intérieur de la matière plastique "de peau" injectée dans la cavité principale de moulage. Mais ceci n'avait été prévu que dans la mesure où le gaz qui passait dans ces réservoirs annexes "de trop plein" devait ensuite en sortir, à travers la matière de peau encore fluide, pour ensuite être recyclé et à nouveau injecté dans la cavité principale de moulage, de sorte qu'il y ait une circulation en circuit fermé du gaz pendant le moulage de la pièce creuse. Pour obtenir que le gaz en question traverse la matière plastique contenue dans les masselottes, au moins deux possibilités peuvent être envisagées : soit le gaz "de coeur" est injecté à une pression telle qu'il perce la paroi plastique encore fluide dans les masselottes, soit on rompt volontairement et localement dans ces masselottes la paroi de matière fluide, en regard d'un conduit approprié de recirculation pour que le gaz puisse alors s'échapper. Il est en espèce considéré que le fait de prévoir une rupture, par des moyens annexes ou par le gaz sous pression lui-même, en un ou plusieurs endroit(s) de la matière plastique de peau contenu(e) dans une "masselotte" de trop-plein pose des problèmes et peut constituer un inconvénient. En effet, le demandeur, spécialiste en particulier de la fabrication de pièces plastiques injectées, considère qu'il est important de pouvoir utiliser une plage d'injection du gaz sous pression (si un tel gaz est employé) qui n'oblige pas à atteindre nécessairement une pression du gaz telle qu'elle doive assurer, souvent loin de son point d'injection, au bout des masselottes, le percement de la matière plastique "de peau". En outre, il est considéré que la seconde solution évoquée ci-avant consistant en une rupture mécanique par un moyen annexe de cette matière de peau à l'intérieur du réservoir annexe complique la réalisation du moule et ne permet pas nécessairement de travailler avec les pressions d'injection de gaz les plus appropriées pour obtenir une matière de peau avec les épaisseurs et l'aspect de surface les meilleurs. Ainsi, le problème que vise à résoudre l'invention est d'assurer les meilleures conditions de contrôle soit du fluide (gaz) soit de la seconde matière plastique qui est injectée au coeur de la première matière "de peau" jusque dans les réservoirs annexes de la cavité de moulage, dans le but d'améliorer les qualités structurelles et d'aspect de la pièce finie, en tirant au mieux parti de la présence de ces réservoirs annexes de débordement, sans entraîner de complication dans les réalisations du moule et de l'appareillage de fabrication dans son ensemble. La solution de l'invention consiste, dans le cadre du procédé de moulage par injection présenté ci-avant, à prévoir que l'étape de déplacement d'une partie de la matière plastique "de peau" vers le(s) réservoir(s) annexe(s) comprend un déplacement, vers ce(s) réservoir(s), d'une partie soit du fluide soit de la seconde matière encore fluide "de coeur", avec une retenue de cette seconde matière ou du fluide "de coeur" dans le(s) réservoir(s), sans traversée ou percement de la matière plastique "de peau" par la matière ou le fluide de "coeur" dans le réservoir. Si à l'intérieur de ladite matière plastique "de peau", on prévoit d'injecter non pas un fluide mais (au moins) une seconde matière plastique (telle qu'une matière plus visqueuse, ou une matière moussante), une caractéristique complémentaire de l'invention prévoit plusieurs points d'injection pour la seconde matière de coeur, certains au moins de ces points étant situés à proximité des réservoirs annexes correspondants, de manière à y favoriser la pénétration de ladite matière "de coeur". Si c'est un gaz sous pression, et plus généralement un fluide, qui est introduit à l'intérieur de la matière plastique "de peau" encore fluide, on utilisera des buses d'injection séparées pour le gaz et la matière plastique "de peau", le gaz étant, selon une caractéristique complémentaire de l'invention, de préférence injecté en une zone de la cavité éloignée de celle où la (les) buse(s) d'injection de matière communique(nt) avec cette même cavité. Deux exemples plus précis de réalisation vont maintenant être donnés, en relation avec les dessins annexés, dans lesquels La figure 1 illustre un système d'injection multi-matière permettant d'injecter la matière de coeur jusqu'à l'intérieur des réservoirs annexes, la figure 2 est une vue en plan de la partie mobile du moule utilisé selon la figure 1, et la figure 3 montre la réalisation schématique d'une machine de moulage dans l'hypothèse de la fabrication d'une pièce creuse, avec injection de gaz à coeur". Sur la figure 1 tout d'abord, on peut constater que l'ensemble de moulage illustré comprend un plateau fixe 3 contre lequel est disposée la partie fixe 5 d'un moule 7, ainsi qu'un plateau mobile 9 contre lequel est disposée l'autre partie mobile 11 du moule. Deux systèmes distincts d'alimentation en matière plastique 13 et 15 vont permettre d'injecter respectivement la matière plastique extérieure "de peau" et la matière plastique intérieure "de coeur". Chaque système d'alimentation comprend une vis de plastification 17,18 manoeuvrée par un moteur (non représenté) et alimentée en matière plastique à partir d'une trémie (non représentée). Des canaux 19, 21 amènent chaque matière vers la cavité de moulage 23 que l'on voit plus en détail sur la figure 2. Des vannes distributrices schématisées en 25 contrôlent le passage de la matière plastique fluide correspondante. Pour plus de détail sur la réalisation en particulier des vannes, on peut se reporter à FR-A2 257 408. De manière classique, il s'agit de soupapes mobiles en translation dans des logements, de telle sorte que lorsqu'une matière fluide est injectée dans la canalisation où est disposée la soupape, la pression de la matière pousse la soupape hors de son siège, permettant ainsi l'écoulement de la matière. Et lorsque la pression d'injection de la matière dans la canalisation cesse et qu'une autre matière est injectée dans une seconde canalisation, c'est la première soupape qui se ferme et la seconde soupape correspondante qui s'ouvre. On peut ainsi contrôler l'injection de chacune des matières "de coeur" et "de peau". Pour maintenir les matières dans leur état fluide, un dispositif de chauffage est prévu, par exemple électrique ou par circulation d'un fluide chaud (eau par exemple). Des robinets disposés juste après les vis d'injection contrôlent en outre l'arrivée de matière, le robinet correspondant s'ouvrant lorsque l'une des vis commence à tourner, tandis qu'il va se fermer automatiquement lorsque la rotation de la vis va cesser. Sur la figure 1, on notera encore la disposition éloignée l'une de l'autre des extrémités 19a, 2la de raccordement des canaux d'amenée de matière dans la cavité principale de moulage 23 de la pièce à produire, et, en particulier, la proximité de l'extrémité 21a de chacun des canaux d'injection de la matière "de coeur" supposée provenir de la vis 18, vis à-vis des réservoirs annexes de trop-plein repérés en 27 sur la figure 2 avec lesquels la cavité 23 communique. Sur cette figure 2, on peut d'ailleurs clairement constater la présence de plusieurs (en l'espèce quatre) réservoirs annexes communiquant avec la cavité de moulage de la pièce P à mouler, l'extrémité 21a de communication avec la cavité des canaux d'amenée de ladite matière "de coeur" ayant été schématisée par des traits mixtes. Grâce à une telle disposition, la matière plastique "de coeur" 30 provenant de la vis 18 va pouvoir pénétrer jusque dans les réservoirs annexes, sans traverser pour autant, dans ces réservoirs, la matière plastique de peau 40 en train de refroidir. Selon une mise en oeuvre préférée, on injectera dans la cavité 23 d'abord une ou plusieurs charge(s) de la première matière plastique destinée à former la peau, et ce par tout ou partie des canaux d'injection. Ensuite, on injectera à l'intérieur de cette première quantité de matière, une (seconde) quantité d'une seconde matière plastique, de manière de préférence que cette matière débouche dans la cavité de moulage au moins par l'extrémité 21a des canaux 21. La matière plastique de peau" (la moins visqueuse) sera par exemple un élastomère thermoplastique polyoléfinique (TPO) ou à base de polyuréthane (TPU), tandis que la matière "de coeur" (la plus visqueuse) pourra être du polypropylène ou "de 1 'ABS", respectivement. Avec une telle mise en oeuvre, la matière de coeur sera entièrement noyée, sans percement autre qu'à l'extrémité d'injection 21a, à l'intérieur de la matière de peau, ceci tant dans la cavité de moulage que dans les réservoirs annexes de débordement 27, la matière de coeur poussant, lorsqu'elle est injectée, la matière de peau contre les parois de la cavité de moulage ainsi qu'à l'intérieur des réservoirs annexes, où elle l'accompagne d'ailleurs, comme le montre clairement la figure 2. On peut constater l'épaisseur sensiblement constante de la matière de peau dans la cavité de moulage, comme d'ailleurs dans les masselottes 27. Avantageusement, la pression d'injection de la matière "de coeur" sera inférieure ou égale à la pression d'injection de la matière "de peau". Intéressons-nous maintenant à la figure 3 et au cas de la réalisation d'une pièce creuse, avec injection à coeur" d'un fluide sous pression, en l'espèce un gaz. Sur cette figure 3, le repère 51 schématise le nez de la machine d'injection de la matière plastique et 53 le manchon de coulée qui va permettre, avec le conduit de coulée 55, d'amener la matière plastique fluide fondue jusque dans la cavité de moulage 57 dont la forme correspond essentiellement à celle de la pièce finie. Sur une paroi de cette cavité de moulage est également connecté un canal 59 pour l'introduction dans cette cavité d'un fluide, qui sera en l'espèce de préférence de l'azote fourni par une source (non représentée). La cavité de moulage 57 est par ailleurs en communication fluide avec le réservoir annexe 60 "de trop plein", à travers un segment de communication 61. Bien entendu, plus d'un réservoir 60 et donc plus d'un segment 61 peuvent être prévus pour une même cavité 57. Avec un tel dispositif très schématiquement représenté et dont une description plus complète peut, si nécessaire, être trouvée dans US-A-5 098 637, le processus d'obtention de la pièce creuse à fabriquer va être le suivant. Tout d'abord, de préférence toute la quantité de matière plastique nécessaire à la fabrication de la pièce va être injectée vers la cavité 57 à partir de la buse d'injection 51. Sous cette pression d'injection, la matière plastique va elle-même se distribuer à l'intérieur de la cavité 57, en occupant l'essentiel, et a priori la totalité de cette cavité. Peu avant la fin de cette période d'injection de la matière plastique, ou après la fin de cette injection (c'est-à-dire après que la pression d'injection de la matière aura diminuée), le gaz sous pression provenant du (ou des) canal (canaux) 59 va être insuflé à l'intérieur de la cavité 57, à travers la matière plastique encore fluide. On notera que pour cela, et de façon classique, l'extrémité de sortie 59a de la buse 59 s'étend jusqu'à l'intérieur de la cavité 57. A noter également qu'à la différence de ce qui est prévu dans EP-A-0 321 117 ou dans US-A-5 318 433, le fluide sous pression provenant de la buse 59 n'est pas utilisé pour contraindre ou distribuer la résine plastique au moins partiellement sur les surfaces intérieures de la cavité de moulage, mais pour entraîner le déplacement d'une partie de ladite matière plastique de la cavité 57 vers le (ou les) réservoirs annexe(s) 60. A noter aussi que, conformément à l'invention, l'injection du gaz sous pression au coeur de la matière plastique encore fluide déjà distribué à l'intérieur de la cavité 57 est telle qu'une partie du gaz va accompagner la matière dans le (les) réservoir(s) annexe(s) 60, comme le montre la figure 3. Comme déjà indiqué, un contrôle des conditions d'injection de la matière plastique et du gaz permettra, là encore conformément à l'invention, d'éviter tout percement par le gaz de la matière plastique contenue dans les réservoirs annexes 60, favorisant ainsi la fabrication de pièces creuses de très bonnes qualités tant structurelles qu'esthétiques. Dans ce but, il est conseillé que la pression d'injection du gaz "de coeur" soit inférieure à la pression d'injection de la matière plastique "de peau". Et bien entendu, la paroi des masselottes 60 est dépourvue de tout système mobile pouvant être prévu pour la ventilation ou dégazage interne de la pièce en train de se refroidir et de la cavité de moulage. A noter encore sur la figure 3, la situation de la buse d'injection de gaz 59 qui est éloignée tant de la buse d'injection de matière 51 que du canal 62 d'arrivée de cette matière plastique dans la cavité de moulage 57. Bien entendu, et de manière classique comme l'indique déjà nombre de brevets, après que la matière plastique creuse à coeur" et destinée à constituer la pièce repérée 63 sur la figure 3 aura pu refroidir, une ventilation par remise à pression ambiante du coeur gazeux de la pièce sera effectuée. Pour cela, on peut prévoir un retour du gaz par le (ou les) canal (canaux) 59, par exemple par ré-aspiration. Il ne restera alors plus qu'à démouler la pièce en ouvrant le moule. REVENDICATIONS 1 - Procédé de moulage par injection d'une pièce en matière plastique, comprenant les étapes dans lesquelles - on injecte une quantité de matière plastique coulable dans une cavité de moulage (23, 57) ayant une forme définissant une partie au moins de la pièce à mouler, - on fait se déplacer, depuis la cavité vers au moins un réservoir annexe (27, 60) communiquant avec ladite cavité, une partie de ladite quantité de matière injectée, sous l'action d'une charge d'un fluide sous pression ou d'au moins une seconde matière plastique introduite dans ladite cavité à l'intérieur de la première quantité de matière plastique de plastique injectée, - on permet à la matière plastique injectée de se solidifier, et - on démoule la pièce, caractérisé en ce que l'étape de déplacement vers le réservoir annexe (27, 60) d'une partie de ladite première quantité de matière injectée comprend un déplacement vers ce réservoir annexe d'une partie de la seconde matière ou du fluide introduit à l'intérieur de ladite première quantité de matière injectée, avec une retenue dudit fluide ou de la seconde matière dans le(s) réservoir(s) annexe(s), sans que la seconde matière ou le fluide y traverse la première matière. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression d'injection du fluide ou de la seconde matière est inférieure à celle de la première quantité de matière. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de déplacement vers le réservoir annexe d'une partie de ladite première quantité de matière injectée comprend l'introduction, directement dans la cavité de moulage (23, 57) et au coeur de cette première quantité de matière, de ladite seconde matière plastique qui est introduite dans ladite cavité, en au moins une zone de celle-ci proche du (des) réservoir(s) annexe(s) (27, 60), pour favoriser la pénétration de cette seconde matière dans le (les) réservoir(s) annexe(s). 4 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'étape de déplacement vers le réservoir annexe (27, 60) d'une partie de ladite première quantité de matière plastique injectée comprend - l'introduction dans la cavité de moulage d'un gaz sous pression, - l'injection de ladite première quantité de matière plastique à travers au moins une première buse d'injection (51) qui communique avec la cavité de moulage (57), - et l'injection dudit gaz dans cette même cavité, à travers au moins une seconde buse (59) en une zone éloignée de celle où ladite première buse communique avec la cavité. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz sous pression est introduit au coeur de ladite première quantité de matière contenue dans la cavité, après la fin de l'étape d'injection de cette dite première quantité de matière, et la pression pour introduire le gaz dans la cavité est inférieure à la pression d'injection de ladite première quantité de matière plastique.