Brevet FR2802148A1 — publié le 20010615

PROCEDE DE FABRICATION PAR TRI-EXTRUSION D'UN CRAYON A ECRIRE OU A COLORIER ET CRAYON A ECRIRE OU A COLORIER COMPORTANT UNE COUCHE INTERMEDIAIRE DE PROTECTION 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 présent texte par analogie avec la composition des crayons traditionnels, dans lesquels cette matière est en bois . Elle concerne plus particulièrement un procédé par tri- extrusion de matières thermoplastiques selon lequel une couche intermédiaire de protection est co-extrudée entre la mine et la matière bois. Elle concerne également un crayon à écrire ou à colorier , susceptible d'être obtenu par procédé de l'invention. La fabrication en continu d'un crayon à écrire ou à colorier par co-extrusion de matières thermoplastiques constituant la matière mine une couche intermédiaire de protection et la matière bois est déjà connue le document EP.0.505.262. Dans ce document la couche intermédiaire de protection est dans une matière thermoplastique non-expansée, compatible avec la matière mine et la matière bois et ayant une température de fusion qui est égale ou supérieure à la fois à la température de fusion de la matière mine et à celle de la matiere bois. Cette sélection particulière de la matière thermoplastique constitutive de la couche intermédiaire de protection a pour but d'éviter des défauts dus à présence de bulles sur la périphérie extérieure de la matière mine , qui ont été constatés lors de la fabrication de crayons par bi-extrusion mettant en oeuvre un agent d'expansion dans la matière bois. Du fait de sa température de fusion, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection est moins fluide que les matières mine et bois . De ce fait elle ne se déforme pas sous l'effet des bulles déQa2ées en surface de la matière bois et constitue une barrière de protection pour la matière mine. Le problème que cherche à résoudre la présente invention est d'un autre ordre. Il concerne é-alement la fabrication en continu par co-extrusion d'un crayon c à écrire ou à colorier à partir de matières thormopiastiques. 11. a été en effet constaté la présence d'un autre type de défaut , à savoir des fissurations de la mine, entrâmant des casses fréquentes notamment lors de la taille du crayon. Le but s'est fixé le demandeur est de proposer un procédé de fabrication qui pallie l'inconvénient précité , évitant l'apparition de telles fissurations . Ce but parfaitement atteint par le procédé de l'invention. Il s'agit procédé de fabrication en continu de crayons à écrire ou à colorier qui consiste à co-extruder première matière thermoplastique chargée, dénommée matière mine, et autour de celle-ci une couche intermédiaire dite de protection dans une matière thermoplastique exempte d'agent d'expansion et une seconde matière thermoplastique contenant un agent d'expansion, dénommé matière bois , et à refroidir lesdites matières thermoplastiques co-extrudées. De manière caractéristique selon l'invention, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection est déterminée en sorte de rester déformable pendant le retrait de la matière mine , lors du refroidissement. Des constatations qu'a pu faire le demandeur , il est ressorti que les fissurations apparaissent principalement lorsqu'ont été mises en oeuvre pour la matière mine matières thermoplastiques à fort coefficient de dilatation engendrant , lors du refroidissement, des retraits importants longitudinaux et transversaux. s'a-it en particulier des matières mines mises en oeuvre dans la fabrication crayons à mine tendre. De préférence , la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection choisie pour que son point de solidification soit inférieur au point de solidification la matière thermoplastique constitutive de la matière mine. Ainsi, lors du refroidissement des matières extrudées, éventuellement d'ailleurs après les coupes transversales de celles-ci donnant lieu aux crayons unitaires, la matière mine va se solidifier en premier par rapport à la couche de protection, son point de solidification (c'est-à-dire la température à partir de laquelle la matière thermoplastique qui était à l'état plastique ou fondu commence à se solidifier) est supérieur à celui de la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection. Le retrait de la matière mine qui intervient lors de la solidification va se dérouler alors que la mz#1ère rmne se trouve entourée par la couche de protection qui n'est pas encore solidifiée mais qui trouve dans un état déformable. Cette couche de protection , par sa déformabilité et sa souplesse, permet à la matière mine de se libérer de ses contraintes internes et donc de se rétracter sans qu'apparaissent des fissurations. La solidification proprement dite de la couche de protection intervient ultérieurement. De préférence l'écart entre les points de solidification la matière mine et de la couche de protection est de l'ordre de 10 à 20'C. De préférence pour abaisser le point de solidification de la couche de protection , on met en oeuvre comme additif soit un thermoplastique élastomère soit un copolymère éthyl-vinyl-acétate (EVA). C'est un autre objet de l'invention que de revendiquer un crayon à écrire ou à colorier , 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 premiere matière thermoplastique chargée dénommée matière mine , d'une couche de protection d'une matière thermoplastique non-expansée et d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois. De manière caractéristique , la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection a point de solidification qui est inférieur à celui de la matière thermoplastique constitutive de la matière mine. Avantageusement la couche de protection contient un thermoplastique élastomère ou un copolymère éthyl-vinyl-acétate (EVA). De 'férence la couche de protection comporte , comme matière thermoplastique , un polymère styrénique. Par exemple la couche de protection comporte 70 à 95% d'un composé styrénique et de 5 à 301/o d'un thermoplastique élastomère ou d'un copolymère éthyl-vinyl-acétate. Il est également possible de mettre en oeuvre , comme matière thermoplastique constitutive de la couche de protection une matière qui ne se solidifie pas après le refroidissement mais qui étant déformable à chaud reste souple. Il peut s'agir notamment d'une matière thermoplastique élastomère. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite d'une version du procédé de fabrication d'un crayon à écrire ou aà colorier par tri-extrusion matières thermoplastiques et du crayon à trois couches successives ainsi obtenu , illustré par le dessin annexé dans lequel : - La figure 1 est une representation sous forme d'un diagramme des étapes de la tri-extrusion, et - La figure 2 est une vue perspective du crayon à couche de protection souple 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, appliquée 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 intermediaire constitue la couche de protection 2 et la couche extérieure constitue la matière bois 3 d'un crayon 4 fabriqué en continu. La composition matières thermoplastiques est déterminée pour que chaque élément correspondant ait les propriétés que l'on attend : l'ensemble du crayon doit avoir une bonne taillabilité et une densité proche de celle du crayon traditionnel en bois. S'agissant de la matière mine, celle-ci doit comporter des charaes 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 pan-ni ceux décrits dans le document FR. 1. 5 88.294. S'agissant de la matière bois, pour obtenir la densité recherchée, celle-ci contient un agent expansant par exemple l'azo-dicarbonamide. S'agissant de la couche de protection 2 qui est exempte d'agent expansant, elle doit être compatible avec d'une la matière mine 1 et la matière bois 2 en sorte d'assurer la bonne tenue de la mine dans le crayon. La matière constitutive de la couche de protection est choisie pour avoir un point de solidification qui est inférieur , voire nettement inférieur, à celui de la matière thermoplastique constitutive de la mine. Le point de solidification est aussi couiamment dénommé - 1 de ramollissement . C'est la température (ou la zone de température) à partir de laquelle la matière à l'état plastique ou fondu commence à se solidifier. est aussi la température (ou la zone de température) à partir de laquelle la matière thermoplastique à l'état solide commence à se ramollir. Elle est aussi appelée point VICAT. Lors du refroidissement du crayon 4, constitué par les trois couches co- extrudées 1, 2,3, la matière mine 1 se solidifie plus rapidement que la couche de protection. C'est lors de cette solidification qu'intervient le phénomène de retrait qui développe dans la matière mine des contraintes internes , contraintes qui sont fonction la composition de la matière mine et de son diamètre, Conformément à l'invention la solidification de la matière mine intervient alors que la couche de protection n'ayant pas encore commencé à se solidifier, est encore dans un état déformable (pâteux ou en tout état de cause souple). De ce fait matière constitutive de la couche de protection va accompagner , en se déformant le retrait de la matière mine , ce qui évite l'apparition ultérieure des fissurations. C' lors de la fabrication de crayons à écrire ou à colorier à mine douce que l'on remarque le plus l'apparition de telles fissurations dans la mine. Selon les constatations du demandeur , les mines douces ont un coefficient de dilatation plus élevé , ce entraîne un phénomène de retrait plus important. Selon le concept de la présente invention , la couche de protection a pour fonction de compenser la différence coefficient de retrait entre les matières thermoplastiques constitutives de la matière mine d'une part et de la matière bois d'autre part, tout en réalisant la liaison mécanique entre ces deux matières , une fois que la solidification intégrale du crayon est intervenue. Il importe en effet que subsiste une liaison mécanique entre la mine et le reste du crayon. Plus la structure de la mine est douce , plus ses performances mécaniques diminuent , en particulier la rupture à la flexion. Pour compenser ces pertes de performances mécaniques , on augmente le diamètre de la mine dans le crayon, ce qui corrélativement accroît le phénomène de retrait et l'importance de la mise en oeuvre de la couche de protection conformément à l'invention. Cette couche de protection qui dans ce cas de préférence a épaisseur au moins égale à 0,5mm peut faire office de renfort pour la matière mine , assurant une consolidation de mine apte ' diminuer sensiblement les risques de casses lors de l'utilisation crayon. Bien ^ dans le cas d'une matière bois avec agent expansant souhaitable que la couche de protection remplisse également la fonction qui lui était impartie dans le document EP.0.505.262 à savoir de former une barrière pour la matière mine contre la diffusion des bulles provenant de la matière bois. Dans ce , la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection, qui est exempte d'agent d'expansion et qui est compatible avec la matière mine et la matière bois , a une température de fusion qui est égale ou supérieure à la fois à la température de fusion de la matière mine et à celle de la matière bois. Exemple 1 : Il acrit d'un crayon 4 à mine douce en graphite. La composition de la matière mine 1 est la suivante copolymère polystyrène méthacrylate :20 - 25 plastifiant 15 noir de carbone 55 noir de fumée 5 % stéarate de zinc 0,5% talc 4,5 % La composition de la couche de protection 2 est la suivante : polymère styrénique : 80 '/0 copolymère éthyle vinyle acétate EVA : 20 % La composition de la matière bois 3 est la suivante * copolymère polystyrène-méthacrylate # 78,5 % plastifiant du type phtalate 110% sciures de bois 10% pigments (mélange maître) 1,5 % Juste avant l'extrusion , on mélange à la matière bois de l'ordre de 2 % d'un mélange maître contenant de l'azo-dicarbonamide comme acent d'expansion, C La co--lich-- de protection peut être également teintée avec un mélange maître C de façon à ce que la couche de protection 2 ait la même couleur que matière bois 3 ou être teintée d'une autre couleur pour la rendre plus visible. Le point de solidification ou point Vicat A (ISO 306), pour différents constituants thermoplastiques ci-dessus est de - methacrylate 100 à 1 10'C polystyrène choc 92 à 95T 104 à 11 O'C copolymère éthyle-vinyl e- acétate :40 à 44'C présence de copolymère éthyle-vinyle-acétate , même en faible proportions, permet d'abaisser le point de solidification de la couche protection comparativement à la matière mine et la matière bois. Le même effet pourrait être obtenu en mettant en oeuvre place du copolymère éthyl-vinyl-acétate un thermoplastique élastomère , par exemple type SBS (Styrène Butadiène Styrène) de dureté Shore 50 à 70. 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 et la matière bois 3 la couche protection 2 qui dans le cas d'espèce avait une épaisseur de 0,3 mm pour un crayon 4 d'environ 7 mm entre plat et une mine d'environ 2 mm de diamètre. Exemple 2: Il s'agit d'un crayon 4 à mine douce de couleur. La matière bois 3 est inchangée. La composition de la matière mine 1 est la suivante copolymère polystyrène méthacrylate .25% plastifiant du type phtalate 15 % pigments colorés 25% stearate de zinc 0,5% talc 34,5% La composition de la couche de protection 2 est la suivante : . polymère styrénique : 83 % copolymère éthyle vinyle acétate (EVA) 15 mélange maître pigment 2 % Dans le cas de l'utilisation d'un thermoplastique élastomère , du type la composition de la couche de protection 2 aurait été la suivante - polymère styrénique 88 % thermoplastique élastomère 10% mélange maître pigment 2 % C La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui 1 1 décrits à titre d'exemples non exhaustifs. Il est possible de mettre en oeuvre d'autres composants de base pour la matière mine et la matière bois copolymère polystyrène méthacrylate. De plus il est possible de donner au crayon tout type de configuration, sans limitation à la forme hexagonale . Il peut s'agir d'une forme circulaire , triangulaire , octogonale , sans que cette liste soit exhaustive. Il est aussi possible d'utiliser pour la couche de protection une matière thermoplastique qui non seulement est déformable à chaud (lors du retrait de mine) mais qui ne se solidifie pas et reste souple après refroidissement complet du crayon, par exemple à base de thermoplastique élastomère. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication en continu de crayons à écrire ou à colorier consistant à extruder une première matière thermoplastique chargée, dénommée matière mine, et autour de celle-ci une couche intermédiaire dite de protection dans une matière thermoplastique exempte d'agent d'expansion et une seconde matière thermoplastique contenant un agent d'expansion, dénommé matière bois, et à refroidir lesdites matières thermoplastiques co-extrudées, caractérisé que la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection est déterminée en sorte de rester déformable pendant le retrait la matière mine, lors du refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1 pour la fabrication de crayons dont la matière mine a un coefficient de dilatation élevé, notamment de crayons à mine tendre. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 , caractérisé ce que le point de solidification de la matière thermoplastique constitutive la couche de protection est inférieur au point de solidification de la matière thermoplastique constitutive de la matière mine. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'écart entre les points de solidification de la matière mine et de la couche de protection de l'ordre de à 200C. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé ce que pour abaisser le point de solidification de la couche de protection, on met en oeuvre comme additif soit un thermoplastique élastomère soit copolyrnère éthyl- vinyl-acétate (EVA). 6. Crayon constitué par la superposition d'une âme en une première matière thermoplastique chargée dénommée matière mine, d'une couche de protection d'une matière thermoplastique non-expansée et d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois, caractérisé en ce que matière thermoplastique constitutive de la couche de protection a un point de solidification qui est inférieur à celui de la matière thermoplastique constitutive de la matière mine. 7. Crayon selon la revendication 5 caractérisé en ce que la couche de protection contient un thermoplastique élastomère ou un copolymère éthyl-vinyl-acetate (EVA). 8. Crayon selon la revendication 6 caractérisé en ce que la couche de protection comporte, comme matière thermoplastique , un polymère styrénique. 9# Crayon selon la revendication 7 caractérisé en ce que la couche de protection comporte de 70 à 95% d'un composé styrénique et de 5 à 30% thermoplastique élastomère ou d'un copolymère éthyl-vinyl-acétate. 10. Crayon selon la revendication 6 constitué par la superposition d'une en une première matière thermoplastique chargée dénomrnée matière mine d'une couche de protection d'une matière thermoplastique non-expansée d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois, caractérisé en ce que la couche de protection est déformable à chaud et reste souple après refroidissement. 11. Crayon selon la revendication 10 caractérisé en ce que la couche de protection est dans un thermoplastique élastomère.