Brevet FR2758760A1 — publié le 19980731

Le domaine de l'invention concerne les procédés utilisant le rotomoulage pour la réalisation de pièces en matière(s) plastique(s) ayant une paroi externe rigide et creuse remplie de mousse. Dans le domaine de réalisation des pièces creuses constituées d'une paroi externe rigide remplie d'une mousse, on connaît déjà différents procédés. Un premier procédé connu comprend les étapes suivantes: - on moule la paroi externe rigide et creuse de la pièce (que l'on appelle généralement la "peau") par rotomoulage classique (dépôt par gravité de la matière sur la paroi interne d'un moule), - on sort la pièce du moule après refroidissement et on la place dans un conformateur entourant sa paroi externe, lequel conformateur est placé dans une presse, - on injecte, en général à l'aide d'une lance, sous la forme d'un liquide chaud, L'agent expansant et la matière plastique avec laquelle il va réagir, afin qu'ils se transforment en mousse (appelée ici le "coeur") qui va gonfler à l'intérieur de la paroi, le rôle du conformateur étant d'empêcher que celle-ci, souvent pas encore totalement durcie, ne se déforme en gonflant à son tour, - on retire la pièce finie du conformateur. Ce premier procédé nécessite un conformateur (sorte de coffrage en général en bois), une presse pour maintenir le conformateur autour de la pièce, et un équipement de moussage. Il est aussi relativement long à cause de la reprise du produit semi-fini (attente du refroidissement de la pièce, placement de celle-ci dans le conformateur, injection de la mousse). De plus, cette solution ne fait appel au procédé général de rotomoulage que pour réaliser la peau de la pièce, la mousse (qui peut être totalement différente de la matière plastique de peau, par exemple une mousse de polyuréthanne dans une pièce en polyéthylène) étant injectée par la suite. Enfin, en raison du fait qu'il faut attendre le refroidissement de la pièce avant de la sortir du moule pour la placer dans le conformateur, la mousse adhère très peu ou pas du tout à l'intérieur de la paroi (phénomène de pelage de la mousse), créant une pièce manquant d'homogénéité entraînant un manque de rigidité. Le second procédé fait appel au "rotomoussage" et comprend l'étape principale consistant à verser en même temps dans le moule sous forme de poudre (ou de granulés fins), toute la matière plastique (aussi bien celle qui constituera la peau que celle nécessaire à la réalisation de la mousse) et un agent expansant, et de fermer le moule pour le faire tourner à l'intérieur d'un four porté à la température de réaction chimique des composants. Cette solution n'est pas idéale, notamment concernant l'état final de la pièce après refroidissement En effet, en versant en même temps l'agent expansant et toute la matière plastique, l'agent expansant va réagir dès le début avec une partie de la matière plastique pour commencer à se transformer en mousse, et celle-ci risque de ne pas se répartir de façon uniforme et homogène à l'intérieur de la peau. Au contraire, la pièce risque de n'être quasiment constituée que de mousse, sa densité augmentant sensiblement du coeur vers la peau en raison de l'effet provoqué par le rotomoulage (déplacement des bulles de gaz à l'intérieur de la mousse). Il en résulte que la surface externe de la peau peut contenir des bulles (porosités), ce qui est nuisible à la qualité de la pièce, à sa propreté (les bulles peuvent recueillir des saletés) et à sa résistance mécanique (pas de peau à structure pleine continue réellement rigide). La troisième solution est une variante de la précédente. Elle comprend les étapes suivantes: a) on verse dans la cavité de moulage toute la matière plastique qui constituera la peau, b) on commence le rotomoulage de ladite pièce afin de former cette peau en introduisant le moule dans un four porté à une température adaptée pour faire fondre la matière plastique, c) lorsque la paroi externe creuse de la pièce s'est formée par centrifugation sur la surface interne de la cavité de moulage mais que celle n'a pas encore durcie, on verse (éventuellement à partir d'un autre réservoir) un mélange constitué par un agent expansant et toute la quantité de matière plastique nécessaire à la réalisation de la mousse, (en général ladite matière plastique est de même nature que celle de la peau) d) on continue le rotomoulage, qui est en fait ici un rotomoussage car son but et de répartir la mousse partout dans l'espace creux situé à l'intérieur de la paroi externe de la pièce, l'agent expansant réagissant chimiquement à chaud avec la matière plastique à laquelle il a été mélangé au départ pour créer ladite mousse. e) on arrête la rotation du moule, on le retire du four, on le laisse refroidir et on retire la pièce finie de celui-ci. Cette solution n'est pas idéale car il y une grande quantité de matière (agent expansant + toute la matière plastique nécessaire à la réalisation de la mousse) qui doit être versée dans l'étape c), ce qui implique un gros réservoir, lui même impliquant une forte inertie du moule et un four plus grand (pour une taille identique de moule). De plus, il y a un risque élevé que l'agent expansant et la matière plastique avec laquelle il est mélangé réagissent avant même d'être versés dans la cavité de moulage, car le réservoir les contenant est lui aussi soumis à l'ambiance à haute température qui règne à l'intérieur du four. La présente invention se propose donc de résoudre une partie au moins des inconvénients des procédés antérieurs connus et résumés précédemment, tout en proposant un procédé moins coûteux, rapide et qui permet d'obtenir des pièces de grandes dimensions de façon très fiable. Pour cela l'invention propose un procédé de réalisation d'une pièce en matière plastique constituée par une paroi externe rigide et creuse définissant un espace interne vide rempli de mousse, comprenant les étapes suivantes: a) on verse une certaine quantité de matière plastique dans une cavité de moulage d'un moule limitée par une surface interne, b) on ferme le moule et on l'introduit dans un four porté à une température adaptée pour fluidifier ladite matière plastique, c) on commence à faire tourner le moule dans le four afin de former la paroi externe de ladite pièce avec un espace interne vide, par gravité et répartition essentiellement homogène de la matière plastique sur la surface interne de la cavité de moulage d) tandis que la matière plastique formant la paroi n'est pas encore totalement durcie, on verse jusqu'à l'intérieur de la cavité de moulage dans ledit espace vide, un mélange constitué par un agent expansant et une autre quantité déterminée non nulle de la même matière plastique, de sorte que la mousse puisse se former dans l'espace interne, e) on fait encore tourner le moule dans le four de sorte que le mélange constitué par l'agent expansant et ladite seconde quantité de matière plastique se transforme en une mousse remplissant sensiblement complètement ledit espace interne, f) on arrête la rotation du moule, on sort le moule du four, on laisse refroidir la pièce et on la démoule. caractérisé en ce que: dans l'étape a), on dose la quantité de matière plastique versée au départ de sorte qu'elle soit constituée d'une première quantité de matière plastique destinée à former toute la paroi externe de la pièce lors de l'étape c), et d'une seconde quantité de matière plastique destinée au moins en partie à se transformer en mousse lors de l'étape d), et dans l'étape d), on dose la quantité de matière plastique nécessaire à la réalisation de la mousse pour quelle représente la portion complémentaire de la seconde quantité de matière plastique de l'étape a) afin qu'ensemble, ces deux quantités constituent la quantité totale de matière plastique requise pour former toute la mousse. Ainsi, la matière plastique destinée à la réalisation de la mousse est divisée en deux quantités: Une portion est versée au départ avec la quantité de matière plastique nécessaire à la réalisation de toute la paroi, et l'autre portion complémentaire est mélangée avec l'agent expansant. Les deux portions de matière plastique réagissent par la suite chimiquement à chaud avec l'agent expansant pour se transformer en mousse uniforme comblant totalement l'espace défini à l'intérieur de la paroi. De cette façon, le procédé est continu (pas de reprise de pièce semi-finie après le rotomoulage) et plus rapide, permet d'obtenir des pièces de très bonne qualité (aspect extérieur parfaitement lisse de la surface de la paroi, répartition homogène de la mousse pour une bonne rigidité). En outre, le moule sert de conformateur, ce qui apporte un net gain de temps et une réduction des coûts de fabrication. Selon une première considération, afin d'éviter l'utilisation d'un seul gros réservoir (celui-ci étant de toute façon nettement moins volumineux que dans les solutions de l'art antérieur), l'agent expansant et la quantité complémentaire de matière plastique avec laquelle il est mélangé seront stockés dans plusieurs petits réservoirs distincts avant d'être introduits dans la cavité de moulage. Cette solution avantageuse permet aussi, notamment pour des grandes pièces ou des pièces complexes, de disposer plusieurs arrivées de mélange (agent expansant + quantité complémentaire de matière plastique) réparties sur le moule. De préférence, les réservoirs seront disposés sur le moule de façon à équilibrer celui-ci. De façon à réduire encore la taille desdits réservoirs, et à obtenir un coeur en mousse dont on peut maîtriser l'épaisseur, la quantité complémentaire de matière plastique mélangée avec l'agent expansant dans l'étape d) sera comprise entre 0 et 20% de la quantité totale de matière plastique nécessaire à la réalisation de ladite mousse. De cette façon, dans l'étape a), on pourra déjà verser dans la cavité de moulage l'autre portion (80% ou plus) de matière plastique nécessaire à la réalisation de la mousse avec la quantité de matière plastique qui constituera la peau. De façon à éviter qu'une partie de l'agent expansant réagisse avec la quantité complémentaire de matière plastique avec laquelle il est mélangé, on peut maintenir chacun des réservoirs à une température inférieure à celle à laquelle la réaction chimique d'expansion (moussage) se produit. De façon à faciliter l'introduction du mélange dans la cavité de moulage, on peut, durant toute l'étape d), arrêter la rotation du moule de telle sorte que les réservoirs se trouvent au-dessus du moule afin de verser le mélange par gravité dans la cavité de moulage. Selon une considération complémentaire permettant d'éviter d'arrêter la rotation du moule durant l'étape d), le mélange peut être injecté sous pression dans la cavité de moulage. Afin d'éviter, pour verser le mélange, d'avoir à crever une partie de la paroi déjà formée dans la cavité de moulage et d'empêcher un retour de matière plastique fondue dans les réservoirs, on peut faire arriver le mélange par des tubes creux aboutissant à l'intérieur de la cavité de moulage. L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente en trois dimensions une pièce finie réalisée avec le procédé selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe de ladite pièce. Les figures 3 à 6 montrent les différentes étapes du procédé pour réaliser ladite pièce. Sur la figure 1, on voit une pièce 1 réalisée à l'aide du procédé de l'invention. Cette cuve comprend un fond 2 à la périphérie duquel se dressent des flancs latéraux 3, 4, 5 et 6 définissant une ouverture supérieure 7. Le fond 2 et les flancs latéraux 3,4,5 et 6 sont tous constitués d'une même paroi 8 continue (faisant toute la périphérie de la pièce) réalisée en une matière plastique A rigide et pleine (a priori sans alvéole ou structure lacunaire), telle qu'un polyéthylène ou polypropylène. Afin de simplifier la description, on distinguera dans la paroi 8 une "peau" interne 10 et une "peau" externe 12, comme on le voit mieux sur la vue en coupe de la figure 2. Cette paroi 8 est creuse, c'est-à-dire que la peau interne 10 et la peau externe 12 sont séparées par un espace vide 15 destiné à être rempli de mousse B. On peut noter que la forme de la pièce est ici complexe pour montrer que le procédé fonctionne parfaitement avec ce type de pièce, mais on aurait aussi pu représenter une pièce beaucoup plus simple, comme une sphère en matière plastique à paroi externe rigide et creuse remplie de mousse. Sur la figure 2, un morceau d'un flanc latéral 3 est représenté en coupe. On voit que ce flanc 3 est constitué par une peau interne 10 et une peau externe 12 réalisée en matière plastique A, lesdites peaux étant séparées par un espace 15 rempli d'une mousse B. En fin de procédé, la paroi 8 comprend une quantité Q2 de matière plastique et la mousse une quantité Q5 de la même matière plastique A, celle-ci s'étant expansée (présence de bulles de gaz dans sa constitution due à l'agent expansant). L'utilisation du procédé oblige, comme on va le voir sur les figures suivantes, à utiliser la même matière plastique pour la paroi et pour la mousse B. Pour la pièce représentée, il s'agit en particulier du polyéthylène. La figure 3 décrit la première étape du procédé selon l'invention. On voit ainsi un moule 21 définissant une cavité de moulage 20 constituée par une surface interne 22 au fond de laquelle on verse une quantité Q1 de matière plastique A sous la forme de granulés ou de poudre. Cette quantité Q1 est en fait répartie en une première portion Q2 destinée à réaliser la paroi externe rigide et creuse 8 (voir figure 2), et une seconde portion Q3 qui constitue une proportion importante, par exemple au moins 80%, de la quantité totale Q5 de matière plastique destinée à se transformer en mousse B (voir figure 2). On a donc la relation suivante: Q1 = Q2+Q3 La première opération consiste donc à verser une quantité Q1 de matière plastique dans le moule (étape a), à le refermer (étape b) et à le mettre en rotation (étape c) à une vitesse moyenne comprise entre 2 et 15 tours par minute selon au moins un axe de rotation, et de préférence deux axes orthogonaux, à l'intérieur d'un four, lequel sera porté à une température connue selon la matière à fondre (environ 290"C pour du polyéthylène) adaptée pour rendre fluide la quantité Q1 de matière plastique A versée. Sur cette figure 1, on voit aussi des réservoirs 25, de préférence au nombre de 5 répartis aux coins et au centre du moule 21 et du côté du fond 2 de la pièce afin d'équilibrer le moule 21. Ces réservoirs 25 contiennent un mélange M constitué par un agent expansant C, que l'on peut acheter dans le commerce, par exemple sous la référence BOREALIS 80-05, et par une quantité Q4 de matière plastique A. Ils sont aussi munis d'une zone périphérique calorifugée 28 pour les maintenir à une température inférieure à celle à laquelle la réaction de moussage se produit (typiquement 290"C pour une mousse de polyéthylène), et de moyens d'obturation 27, par exemple pneumatiques, d'un canal 30 aboutissant dans la cavité de moulage 20. Les moyens d'obturation 27 sont ici en position fermée, afin que le mélange M reste confiné dans chaque réservoir 25. La figure 4 décrit une étape intermédiaire du procédé de réalisation de la pièce finale 1, le moule étant toujours en rotation dans le four à la même vitesse que précédemment et étant maintenu à la température déjà citée (environ 290"C). On voit que la paroi externe creuse 8 s'est développée au contact de toute la périphérie de la paroi interne 22 de la cavité de moulage 20, sur une épaisseur E relativement constante fonction sensiblement de la quantité Q2 de matière plastique A versée au départ. La matière plastique est plaquée par gravité contre la paroi interne 22 de la cavité de moulage 20 en raison du rotomoulage. L'intérieur de la pièce 1 est donc creux, l'espace 15 entre la peau interne 10 et la peau externe 12 servant dans l'étape suivante. De préférence, afin de réduire le temps de cycle, qui est compris entre 30 et 50 minutes, la quantité Q3 de matière plastique A n'est pas fondue (elle reste sensiblement sous la forme de la poudre ou des granulés versés dans l'étape a) de sorte qu'elle puisse être mélangée à la quantité Q4 de matière versée dans l'étape suivante. On peut donc commencer, sans retirer la pièce du moule et le moule du four mais éventuellement en arrêtant la rotation du moule, à verser un mélange M constitué d'un agent expansant C et d'une quantité Q4 de matière plastique. Cette quantité Q4 correspond à la quantité complémentaire (entre 0 à 20%) de la quantité Q5 totale de matière plastique nécessaire pour réaliser la mousse B. On a donc les relations suivantes: Q5 = Q3+Q4 OsQ4 Le mélange M, constitué de l'agent expansant C et de la quantité Q4 de matière plastique A, est versé de préférence au travers des canaux 30 de chaque réservoir 25 par ouverture des moyens d'obturation 27. Il est donc évident de ce qui précède qu'il est primordial de respecter les instants auxquels on verse l'agent expansant C et la quantité Q4 de matière plastique A dans la cavité de moulage 20. En effet, si l'on verse trop tard, d'une part l'agent expansant C risque de réagir avec la quantité Q4 de matière plastique à laquelle il est mélangé car les réservoirs sont chauffés par le four, et d'autre part il n'y aura plus assez de matière plastique fondue à l'intérieur de la cavité de moulage 20 pour réagir avec l'agent expansant C car toute cette matière plastique (quantité Q1) se sera transformée en une paroi 8 totalement durcie. A l'opposé, si l'on verse trop tôt le mélange M, la matière plastique versée au départ (quantité Q1) ne sera pas encore fondue et l'agent expansant réagira aussi bien avec la quantité Q4 qu'avec la quantité Q1, créant une paroi quasiment entièrement en mousse C (structure lacunaire à porosités indésirables). Comme on peut le voir sur la figure 5, une fois le mélange M versé dans la cavité de moulage 20 entre la peau interne 10 et la peau externe 12 en cours de solidification, si la température qui règne à l'intérieur de la cavité de moulage est suffisante (sensiblement égale à 290"C), alors l'agent expansant C et les quantités Q4 (versée avec l'agent expansant C) et Q3 (versée dans la première étape illustrée sur la figure 3) de matière plastique A réagissent avec ledit agent expansant C pour commencer à créer la mousse B par réaction chimique et dégagement d'azote. On peut noter que, pendant que l'agent expansant C et la quantité Q4 de matière plastique A montent en température dans la cavité de moulage, la quantité Q3 de matière plastique A versée au départ commence à fondre. Cette solution permet d'éviter d'avoir à attendre que toute la quantité Q3 de matière plastique A fonde avant de verser le mélange M. Durant cette étape, les moyens d'obturation 27 reviendront en position fermée pour éviter que de la mousse B ne vienne dans les réservoirs. La figure 6 est l'étape finale du procédé de réalisation de la pièce 1. Tout l'agent expansant C a réagi avec les quantités Q3 et Q4 de matière plastique A fondue pour se transformer en mousse B, et la paroi 8 est quasiment solidifiée. On obtient donc une pièce ayant une paroi 8 rigide et lisse extérieurement, l'espace interne 15 initialement présent entre la peau interne 10 et la peau externe 12 étant comblé par la mousse B. Si la matière plastique A versée au départ était du polyéthylène, alors le coeur sera une mousse de polyéthylène. D'autres matières thermoplastiques peuvent être utilisées, en particulier du polypropylène ou du polystyrène, les conditions de température et de proportion matière plastique/agent moussant étant alors à adapter en conséquence. L'invention ainsi décrite n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits. Ainsi, on peut envisager d'autres proportions pour la matière plastique destinée à se transformer en mousse entre la portion Q3 déjà versée avec la matière plastique destinée à former la paroi et celle Q4 mélangée avec l'agent expansant, sans pour autant dépasser les 50% de matière plastique A mélangée avec l'agent expansant C. On peut aussi envisager d'autres modes pour introduire le mélange M dans la cavité de moulage, en particulier si l'on ne désire pas arrêter la rotation du moule. Dans ce cas, on pourra prévoir d'injecter sous pression ce mélange M via une ou plusieurs buses reliées à un ou plusieurs réservoirs et pilotée(s) par un système de commande. Revendications 1. Procédé de réalisation d'une pièce (1) en matière plastique comportant une paroi externe rigide et creuse (8) définissant un espace (15) interne vide rempli de mousse (B), comprenant les étapes suivantes: a) on verse une certaine quantité Q1 d'une matière plastique (A) dans une cavité de moulage (20) limitée par une surface interne (22) d'un moule (21), b) on ferme le moule (21) et on l'introduit dans un four porté à une température adaptée pour fluidifier ladite matière plastique (A), c) on commence à faire tourner le moule (21) dans le four afin de former la paroi externe (8) de ladite pièce (1) avec son espace interne (15) vide, par centrifugation et répartition essentiellement homogène de la matière plastique (A) sur la surface interne (22) de la cavité de moulage (20), d) tandis que la matière plastique (A) formant la paroi externe (8) n'est pas encore totalement durcie, on verse jusqu'à l'intérieur de la cavité de moulage (20) dans ledit espace interne (15) vide, un mélange (M) constitué par un agent expansant (C) et une autre quantité Q4 déterminée non nulle de la même matière plastique (A), de sorte qu'il puisse se former de la mousse (B) dans ledit espace interne (15), e) on fait encore tourner le moule (21) dans le four, de sorte que le mélange (M) constitué par l'agent expansant (C) et ladite quantité Q4 de matière plastique (A) se transforme en une mousse (B) remplissant sensiblement complètement ledit espace interne (15), f) on arrête la rotation du moule (21), on sort le moule (21) du four, on laisse refroidir la pièce (1) et on la démoule, caractérisé en ce que: dans l'étape a), on dose la quantité Qî de matière plastique (A) versée de sorte qu'elle soit constituée d'une première quantité Q2 destinée à former toute la paroi externe creuse (8) de la pièce (1) lors de l'étape c), et d'une seconde quantité Q3 destinée au moins en partie à se transformer en mousse (B) lors de l'étape d), et dans l'étape d), on dose la quantité Q4 de matière plastique (A) nécessaire à la réalisation de la mousse (B) pour qu'elle représente la portion complémentaire de la seconde quantité Q3 de l'étape a) afin qu'ensemble ces deux quantités Q3 et Q4 contituent une quantité Q5 de matière plastique (A) requise pour former toute la mousse (B). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'étape d), la quantité Q4 de matière plastique (A) mélangée à l'agent expansant (C) est comprise entre 0 et 20% de la quantité Q5 de matière plastique (A) nécessaire à la réalisation de la mousse (B). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent expansant (C) et la quantité Q3 de matière plastique (A) à laquelle il est mélangé sont stockés dans plusieurs réservoirs (25) communiquant avec la cavité de moulage (20). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, durant toute l'étape d), on arrête la rotation du moule (21) de telle sorte que les réservoirs (25) se trouvent audessus de celui-ci pour verser par gravité le mélange (M) dans la cavité de moulage (22). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pendant l'étape d), le mélange (M) est injecté sous pression dans la cavité de moulage (20). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'on maintient lesdits réservoirs (25) à une température inférieure à celle à laquelle la réaction chimique d'expansion entre l'agent expansant (C) et la quantité Q4 de matière plastique (A) se produit. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que, dans l'étape d), le versement du mélange (NI) dans l'espace interne (15) est réalisé à l'aide de tubes creux (30) reliés aux réservoirs (25) et pénétrant à l'intérieur de la cavité de moulage (20). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'on répartit lesdits réservoirs (25) de façon à équilibrer le moule (21).