Brevet FR2832667A1 — publié le 20030530

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces poreuses par agglomération de granulés en matière thermoplastique. Elle concerne également une installation de fabrication de telles pièces poreuses apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. L'installation et le procédé trouveront notamment leur application dans la fabrication de tubes poreux destinés au drainage notamment dans le domaine du bâtiment et des travaux publics. Dans ce domaine, on connaît de la demande de brevet FR-A-1. 410. 138 un procédé de fabrication de corps solides poreux en matière plastique dans lequel on ajoute un liquide solvant à une masse de particules solides en matière plastique en contact les unes avec les autres de manière à souder ces particules entre elles. Le procédé présenté dans ce document est entièrement manuel. Il s'effectue par l'emploi de produits chimiques parfois dangereux à savoir des solvants (par exemple de l'acétone). A l'évaporation, les granulés sont agglomérés et constituent un ensemble cohérent. Un autre inconvénient de ce procédé est la limitation des tailles des pièces fabricables. Qui plus est, le travail s'effectue en discontinu ce qui non seulement ne permet pas de grandes longueurs de pièces mais en outre prend un temps très important. La présente invention permet de remédier aux inconvénients des techniques actuelles. Elle a l'avantage de proposer un nouveau procédé et une nouvelle installation pour la fabrication de pièces poreuses par agglomération de granulés. A ce sujet, et contrairement aux préjugés existant dans la technique divulguée par le document précité, l'agglomération s'effectue non par une réaction chimique mais par apport de chaleur apte à réaliser une fusion partielle des granulés pour les souder. De cette façon, on supprime toute nécessité d'emploi de matière soivante et ses complications et il est possible de réaliser la fabrication sur des installations travaillant en continu sans aucune limitation de longueur de pièces. Qui plus est, le procédé ici présenté peut être entièrement automatisé, ce qui diminue fortement le coût et le temps de fabrication. D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit qui présente un mode de réalisation préféré de l'invention qui n'en est cependant pas limitatif. La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces poreuses par agglomération de granulés en matière thermoplastique, caractérisé par le fait que - on met en contact les granulés dans une matrice donnant la forme de la pièce à fabriquer, on chauffe les granulés par une source de chaleur à une température au moins égale à celle de fusion des granulés, - on refroidit les granulés avant leur fusion totale, pour souder les granulés par leur périphérie. Selon des variantes préférées : - on chauffe les granulés par application d'un flux gazeux chaud, - on refroidit les granulés par application d'un flux gazeux froid, - on effectue une fabrication en continu par transfert continu de granulés vers une matrice comportant une zone de chauffage puis une zone de refroidissement. L'invention concerne également une installation pour la fabrication de pièces poreuses par agglomération de granulés en matière thermoplastique apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention et qui comporte : une alimentation en granulés, - des moyens de transfert des granulés depuis l'alimentation jusqu'à une matrice donnant la forme à la pièce à fabriquer, - des moyens de chauffage des granulés introduits dans la matrice à une température au moins égale à celle de fusion des granulés, - des moyens de refroidissement, en aval des moyens de chauffage par rapport au sens du transfert, pour refroidir les granulés avant leur fusion totale. Selon des modes particuliers de réalisation : - les moyens de chauffage comportent une chambre entourant au moins partiellement la matrice et appliquant un flux gazeux chaud ; - les moyens de refroidissement comportent une chambre entourant au moins partiellement la matrice et appliquant un flux gazeux froid ; - la matrice est formée d'une surface intérieure et d'une surface extérieure tubulaires et concentriques délimitant un volume de réception des granulés, pour la fabrication de pièces tubulaires creuses ; - la surface extérieure comporte des trous pour le passage des flux gazeux ; - la surface intérieure est creuse et comporte des trous pour l'évacuation des flux gazeux ; - la surface intérieure est formée par une pièce avant en regard de la chambre appliquant le flux gazeux chaud et par une pièce arrière en regard de la chambre appliquant le flux gazeux froid ; - les pièces avant et arrière ont un volume intérieur délimité par une paroi ; - les moyens de transfert comportent une vis sans fin à l'extrémité de laquelle est formée la surface intérieure et un fourreau de logement de la vis sans fin à l'extrémité duquel est formée la surface extérieure ; - elle comprend un circuit de refroidissement de la vis sans fin ; - elle comprend des moyens de dissipation thermique à l'extrémité du fourreau. Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. Ils représentent un mode de réalisation préféré selon l'invention. Ils permettront de comprendre aisément l'invention. La figure 1 est une vue générale globale de l'installation selon l'invention. La figure 2 est une vue plus précise de certains moyens de l'invention. La figure 3 est une vue éclatée de certains composants de l'invention. Les figures 4 et 5 illustrent des modes de chauffage et de refroidissement préférés des granulés. La figure 6 et la figure 7 schématisent l'avancée des granulés et des pièces fabriquées ainsi que l'application de flux gazeux. La figure 8 illustre une variante de réalisation de l'invention. On précise tout d'abord que l'invention permet la fabrication de tout type de pièces poreuses réalisées à partir de granulés. Particulièrement, des pièces tubulaires cylindriques creuses peuvent être constituées comme décrit en détail ci-après sans que cela soit limitatif. Selon le procédé ici proposé, les granulés 6 sont mis en contact dans une matrice donnant la forme de la pièce à fabriquer. Par un apport de chaleur à une température au moins égale à celle de fusion de la matière thermoplastique constituant les granulés 6, on réalise une fusion partielle permettant de constituer une soudure de la périphérie des granulés 6. En limitant cette étape de chauffage à un temps prédéterminé, on peut stopper la fusion des granulés 6 afin de ne souder que leur périphérie et non réaliser une masse compacte sans aucun vide d'air. A titre d'exemple non limitatif, la matière des granulés pourra être constituée par du polyéthylène téréphtalate ou du polystyrène. En tout état de cause, il s'agira d'une matière thermoplastique et préférentiellement un polymère thermoplastique qu'elle soit amorphe ou semi-cristalline. Le caractère thermoplastique est nécessaire à la mise en oeuvre de l'invention compte tenu qu'il faut réaliser la fusion des granulés 6 à partir d'un apport de chaleur. De façon préférée, on chauffe les granulés 6 par application d'un flux gazeux chaud, préférentiellement de l'air. De même, le refroidissement des granulés 6, opéré afin de stopper la fusion, s'effectue avantageusement par un flux gazeux froid tel de l'air à température ambiante. En définissant une matrice ayant la forme de la section souhaitée pour la pièce poreuse 7 à fabriquer, et en amenant progressivement les granulés 6 jusqu'à cette matrice où sont réalisées les étapes de traitement thermique de chauffage et de refroidissement, il est possible de réaliser une fabrication en continu. On décrit ci-après plus précisément un mode de réalisation préféré de l'installation selon l'invention apte à mettre en oeuvre le procédé ainsi présenté. En se référant à la figure 1, l'installation comprend une alimentation 2 pour l'apport en granulés 6 ici sous forme d'une trémie. La trémie alimente des moyens de transfert 3 permettant la circulation des granules 6 et leur amenée jusqu'à des moyens de chauffage 4 aptes à réaliser la fusion partielle des granulés 6. Consécutivement aux moyens de chauffage 4, des moyens de refroidissement 5 sont présents pour ramener les granulés 6 ainsi agglomérés à une température inférieure à celle de fusion. Par la suite, des moyens d'entraînement 8, par exemple sous forme de courroies d'entraînement, permettent l'évacuation de la pièce poreuse 7 ainsi fabriquée. Dans le cadre d'une fabrication en continue, la pièce poreuse 7 peut être coupée à dimension par le biais d'un organe de découpe 9. L'ensemble de l'installation ainsi présentée pourra être ramené sur un banc 10 constituant le bâti de la machine. On donne ci-après un exemple des paramètres de fabrication pour une fabrication en continu avec des granulés en polystyrène, de tubes cylindriques creux de diamètres de l'ordre de 50 (intérieur 32), 100 (intérieur 75) et 150 (intérieur 125) mm, vitesse de transfert : 20 m/h, température de chauffage : 400 C, par air, température de refroidissement : température ambiante, par air. En se rapportant notamment à la figure 2, on visualise un exemple préféré de réalisation de la matrice donnant la forme de la pièce à fabriquer. Comme déjà indiqué, dans le cadre d'une fabrication en continue, la section de la matrice confère la forme de la section de la pièce à fabriquer. Dans le cas de la figure 2, la matrice est formée par une surface intérieure 14 et une surface extérieure 24 ici tubulaires cylindriques creuses et concentriques bien que cela ne soit pas limitatif. Le volume délimité par les surfaces intérieure 14 et extérieure 24 constitue un volume de réception des granulés 6. C'est au niveau de cette matrice que s'effectue l'application des étapes de chauffage et de refroidissement. Toujours en référence à la figure 2, on a représenté un mode préféré de moyens réalisant ces étapes. A l'arrivée sur la matrice, les granulés 6 sont chauffés par l'application d'un flux gazeux chaud représenté par la flèche 16. De façon préférée, l'application du flux s'effectue directement sur les granulés 6 et, la surface extérieure 24 comprend une multiplicité de trous 32 à cet effet. De même, le refroidissement s'effectue par l'application d'un flux gazeux repéré par la flèche 17. L'écartement des zones d'application des flux gazeux chaud 16 et froid 17 sera fonction de la vitesse d'avance des granulés 6 et des paramètres de chauffe et de refroidissement. Dans l'exemple numérique précédemment évoqué, un écartement de l'ordre du centimètre suffira. Les figures 4 et 5 représentent respectivement une vue de côté et une vue en coupe de deux chambres 22,23 permettant l'entrée et l'application des flux d'air chaud 16 et froid 17. Tel que représenté, chaque chambre 22,23 comprend deux entrées opposées 20 a, b, 21 a, b pour les flux d'air 16,17. De cette façon, on réalise une bonne agitation de l'air pour une application efficace sur les granulés 6. Toujours en référence aux figures 4 et 5, on constate que les chambres 22,23 entourent la surface extérieure 24 de la matrice. Afin d'optimiser la circulation du flux gazeux (préférentiellement de l'air) et son évacuation une fois appliquée sur les granulés 6, la surface intérieure 14 est préférentiellement creuse et comporte des trous 15 pour le passage du flux gazeux. Des flèches pleines en figure 5 figurent cette circulation interne du gaz. Concernant les moyens de transfert 3, ils peuvent être constitués d'une vis sans fin 12 logée dans un fourreau 13 de diamètre correspondant. Le transfert des granulés 6 s'effectue de façon connue en soi au moyen de cette vis d'Archimède. Dans le mode de réalisation représenté en figure 2 ainsi qu'en figure 3 de façon éclatée, la surface intérieure 14 est formée à l'extrémité de la vis sans fin 12. En utilisant des diamètres équivalents pour le fond de filet de la vis d'Archimède 12 et la surface intérieure 14 ainsi que pour le fourreau 13 et la surface intérieure 24, le transfert des granulés jusqu'à la matrice s'effectue de façon continue sans obstacle. Pour l'évacuation des flux gazeux chaud et froid, la vis sans fin 12 est, selon l'exemple des figures, creuse et communique avec le volume intérieur de la surface intérieure 14. Des moyens d'aspiration (pompe à vide) sont formés à l'autre extrémité de la vis 12 pour générer l'aspiration des flux. La vis sans fin 12 sera entraînée par tous moyens courants et notamment par une motorisation de type classique. Compte tenu de la température de chauffage imposée par le flux d'air chaud 16, il est important de délimiter la zone de chauffage pour ne pas influer sur le bon fonctionnement de l'installation. Pour y parvenir, le fourreau 13 et la vis sans fin 12 présentent préférentiellement des moyens de régulation thermique aptes à les refroidir. Dans ce cadre, un circuit de refroidissement longitudinal est formé dans la vis sans fin 12 et comprend une entrée repérée 25 en figure 3, à l'extrémité amont de la vis sans fin permettant d'alimenter un circuit aller 27 vers l'aval de la vis sans fin avec un fluide de refroidissement. Un circuit retour 28 toujours préférentiellement longitudinal débouche sur une sortie 26 du fluide. En ce qui concerne le fourreau 13, des moyens de dissipation thermique 29 pourront être constitués également sous forme d'une circulation d'un fluide au travers de créneaux formés sur la surface extérieure du fourreau. Les fluides considérés pour le refroidissement et de la vis sans fin 12 pourront être de l'eau à température ambiante ou préalablement refroidie. Pour optimiser le refroidissement du nez de la vis 12, celle-ci comprend préférentiellement une tête de refroidissement 30 constituée d'une multiplicité de gorges dans le nez de la vis permettant l'application du fluide de refroidissement sur une grande surface. Les circuits aller 27 et de retour 28 communiquent avec la tête de refroidissement 30. La figure 7 illustre un exemple de fonctionnement de l'installation et d'avancée des granulés 6 au travers de la machine. En sortie, une pièce ici de forme tubulaire creuse 7 est réalisée. La flèche 31 illustre le sens d'avance des granulés 6 et de la pièce 7 générée par la rotation de la vis sans fin 12. La figure 8 montre une variante de réalisation de la surface intérieure 14. Dans ce cadre, cette dernière est constituée par deux pièces, avant 33 et arrière 34, assemblées par exemple par filetage. Une paroi 36 délimite les volumes intérieurs des deux pièces 33,34 pour opérer une évacuation des flux chaud 16 et froid 17 dans des sens différents. Afin d'éviter trop d'échauffement de la zone d'admission du flux chaud 16, au niveau de la chambre 22, un circuit de refroidissement local 35 est prévu, pour la circulation d'un fluide (tel de l'eau) de refroidissement. REFERENCES 1. Installation 2. Alimentation 3. Moyen de transfert 4. Moyen de chauffage 5. Moyen de refroidissement 6. Granulés 7. Tube poreux 8. Moyens d'entraînement 9. Organe de découpe 10. Banc 11. Trémie 12. Vis sans fin 13. Fourreau 14. Surface intérieure 15. Trous 16. Flux gazeux chaud 17. Flux gazeux froid 18. Nez de vis 19. Canal d'évacuation 20a, 20b. Voies d'admission flux gazeux chaud 21 a, 21 b. Voies d'admission flux gazeux froid 22. Chambre de chauffage 23. Chambre de refroidissement 24. Surface extérieure 25. Entrée du fluide 26. Sortie du fluide 27. Circuit aller 28. Circuit retour 29. Moyens de dissipation thermique 30. Tête de refroidissement 31. Sens d'avance 32. Trous 33. Partie avant 34. Partie arrière 35. Circuit de refroidissement local 36. Paroi REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces poreuses (7) par agglomération de granulés (6) en matière thermoplastique, caractérisé par le fait que - on met en contact les granulés (6) dans une matrice donnant la forme de la pièce (7) à fabriquer, - on chauffe les granulés (6) par une source de chaleur à une température au moins égale à celle de fusion des granulés (6), - on refroidit les granulés (6) avant leur fusion totale, pour souder les granulés (6) par leur périphérie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on chauffe les granulés (6) par application d'un flux gazeux chaud (16). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on refroidit les granulés (6) par application d'un flux gazeux froid (17). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on effectue une fabrication en continu par transfert continu de granulés (6) vers une matrice comportant une zone de chauffage puis une zone de refroidissement. 5. Installation (1) pour la fabrication de pièces poreuses (7) par agglomération de granulés (6) en matière thermoplastique, apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'elle comporte : une alimentation (2) en granulés (6), - des moyens de transfert (3) des granulés (6) depuis l'alimentation (2) jusqu'à une matrice donnant la forme à la pièce (7) à fabriquer, - des moyens de chauffage (4) des granulés (6) introduits dans la matrice à une température au moins égale à celle de fusion des granulés, - des moyens de refroidissement (5), en aval des moyens de chauffage (4) par rapport au sens du transfert, pour refroidir les granulés (6) avant leur fusion totale. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les moyens de chauffage (4) comportent une chambre (22) entourant au moins partiellement la matrice et appliquant un flux gazeux chaud (16). 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée par le fait que les moyens de refroidissement (5) comportent une chambre (23) entourant au moins partiellement la matrice et appliquant un flux gazeux froid (17). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que la matrice est formée d'une surface intérieure (14) et d'une surface extérieure (24) tubulaires et concentriques délimitant un volume de réception des granulés (6), pour la fabrication de pièces tubulaires creuses. 9. Installation selon les revendications 6,7 et 8 en combinaison caractérisée par le fait que la surface extérieure (24) comporte des trous (32) pour le passage des flux gazeux (16,17). 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée par le fait que la surface intérieure (14) est creuse et comporte des trous (15) pour l'évacuation des flux gazeux (16,17). 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée par le fait que la surface intérieure (14) est formée par une pièce avant (33) en regard de la chambre (22) appliquant le flux gazeux chaud (16) et par une pièce arrière (34) en regard de la chambre (23) appliquant le flux gazeux froid (17). 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait que les pièces avant (33) et arrière (34) ont un volume intérieur délimité par une paroi (36). 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée par le fait que les moyens de transfert (3) comportent une vis sans fin (12) à l'extrémité de laquelle est formée la surface intérieure (14) et un fourreau (13) de logement de la vis sans fin (12) à l'extrémité duquel est formée la surface extérieure (24). 14. Installation selon la revendication 13, caractérisée par le fait qu'elle comprend un circuit de refroidissement de la vis sans fin (12). 15. Installation selon la revendication 13 ou 14 caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens de dissipation thermique (29) à l'extrémité du fourreau (13).