Brevet FR2845028A1 — publié le 20040402

PROCEDE DE ROTOMOULAGE D'UNE PIECE COMPRENANT UNE COUCHE EN MOUSSE THERMOPLASTIQUE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un procédé de rotomoulage de pièces comportant une couche en mousse thermoplastique. La technique du rotomoulage ou moulage par 10 rotation est souvent utilisée pour fabriquer des corps creux comme des ballons, des kayaks, des jouets, des pots ou des poubelles, des réservoirs ou des équipements routiers. Elle consiste à déposer une quantité de matière à mouler devant composer la pièce 15 dans un moule dont l'empreinte correspond à la forme extérieure de la pièce, et ce moule est accroché à un dispositif de mise en rotation autour de deux axes qui est mis en marche pour que les forces de gravité dessinent la pièce en répartissant la matière à mouler 20 sur toute la surface interne du moule. Un chauffage du moule est ensuite entrepris pour fondre le polymère. Quand il est interrompu, le refroidissement qui s'ensuit fait se solidifier le polymère à la forme de la pièce. Les dernières étapes du procédé consistent à 25 arrêter le mouvement du moule et à l'ouvrir pour retirer la pièce. Quand la pièce comprend plusieurs couches, le procédé est répété autant de fois, les quantités de matière formant les couches successives étant 30 introduites dans le moule après que la couche précédente a été formée, ou présentes dès le début dans B 14232.3/JCI le moule, dans des boîtes calorifugées dont on règle l'ouverture au bon moment pour libérer le contenu dans le moule. Des structures comprenant une couche de 5 mousse en polymère thermoplastique sont souvent appréciées pour améliorer l'isolation, la tenue au choc ou le poids de la pièce. Un polymère peut être rendu moussant par un agent qui y est ajouté et se décompose en gaz pendant un chauffage. Des difficultés de 10 fabrication apparaissent cependant quand un procédé de rotomoulage est utilisé, puisqu'il est difficile de maîtriser le degré de moussage et que l'application sans précaution des procédés précédents donne normalement une couche de mousse d'épaisseur 15 imprévisible, et irrégulière, dont la qualité et l'adhérence aux couches voisines sont aussi sujettes à caution. Une variante du procédé adaptée à de telles matières, exposée dans le brevet américain 3 976 821, 20 consiste à utiliser un moule spécial comprenant une concavité correspondant à celle de la pièce, de manière à délimiter non seulement la surface extérieure mais aussi la surface intérieure de la pièce. La matière de la couche devant former l'enveloppe intérieure et 25 l'enveloppe extérieure de la pièce est versée seule, et la mise en rotation, entreprise de la même façon que dans le procédé usuel, la répartit encore sur toute la surface interne du moule et lui fait dessiner les deux enveloppes. La formation des enveloppes est encore 30 accomplie par une fusion suivie d'une solidification, après quoi la matière moussante est introduite dans le moule par un orifice des enveloppes. La matière B 14232.3/JCI moussante s'écoule donc dans le volume creux délimité par les enveloppes et l'occupe complètement pendant le moussage, l'orifice ayant été rebouché. On se garantit ainsi contre les irrégularités de forme et d'épaisseur 5 de la couche moussante, mais ce procédé présente les inconvénients principaux que le moule a une forme plus compliquée et que les enveloppes ont forcément la même épaisseur et la même composition. Une variante du procédé consiste ici aussi 10 à placer en même temps la matière des enveloppes et la matière moussante dans le moule, celle-ci dans une boîte o un sac qui s'ouvre quand les enveloppes ont été formées. D'autres procédés consistent à verser ensemble les deux quantités de matière, de l'enveloppe 15 et moussante, ensemble dans le moule, mêlés sous forme de poudre ou de granulés. La séparation des deux catégories de polymères s'effectue grâce aux différences de granulométrie, de viscosité ou de température de fusion. Mais comme le moussage n'est pas 20 non plus maîtrisé par ces procédés, on reste obligé de prévoir un moule épousant la concavité de la pièce à produire, et une enveloppe intérieure et une enveloppe extérieure de même épaisseur et de même composition doivent être produites. L'invention permet d'éliminer ces inconvénients et de construire des pièces comprenant au moins une première couche, en polymère compact, entourant une deuxième couche, en mousse, et éventuellement d'autres couches, par un moule qui 30 n'épouse que la surface extérieure de la pièce. Il devient alors possible de construire des pièces comprenant une cavité entièrement ou essentiellement B 14232.3/JCI fermée, c'est-à-dire dont la concavité présente des contre-dépouilles qui rendraient impossible l'extraction d'un moule épousant la surface de la cavité, ce qui était une contrainte des procédés 5 antérieurs. Les couches, et notamment les enveloppes, peuvent être de nature ou d'épaisseurs différentes les unes des autres. On verra que l'originalité de l'invention est à trouver surtout dans une réalisation particulière 10 de l'étape de formation de la couche en mousse, qui permet de la maîtriser. Plus précisément, elle concerne sous sa forme la plus générale un procédé de rotomoulage d'une pièce comprenant au moins une première couche, en polymère compact, et une deuxième 15 couche, en polymère en mousse et entouré sur une face par la première couche, comprenant des étapes de placement d'une première quantité de matière devant composer la première couche dans un moule, de rotation du moule pour dessiner la première couche par chauffage 20 de la première quantité de matière pour la polymérie, puis de placement d'une deuxième quantité de matière devant composer la deuxième couche dans le moule et de remise en rotation du moule, caractérisé en ce que le chauffage est interrompu avant que la deuxième quantité 25 de matière n'atteigne sa température de moussage (et souvent, mais pas nécessairement, après que la deuxième quantité de matière a dépassé sa température de fusion), mais la rotation du moule est maintenue jusqu'à ce que la deuxième quantité de matière atteigne 30 la température de moussage et tant qu'elle reste à la température de moussage ou au-dessus de cette température, formant ainsi la deuxième couche. B 14232.3/JCI Ces caractéristiques essentielles ainsi que d'autres seront maintenant décrites plus complètement en liaison aux figures: - les figures lA à 1D détaillent un procédé de rotomoulage, - la figure 2 illustre une pièce construite avec l'invention, - et la figure 3 est un diagramme de température en fonction du temps. Les premières figures lA à 1D illustrent tout d'abord les étapes essentielles d'un procédé quelconque de rotomoulage. La pièce 4 considérée ici est un corps creux doublement tronconique. Elle est fabriquée dans un moule 1 composé de deux coquilles 2 15 et 3 assemblées à un plan de joint correspondant au plus grand périmètre de la pièce 4. Une des coquilles 2 est montée à l'extrémité d'un bras coudé 5 susceptible d'être mis en rotation autour d'un axe 6. De plus, un support 7 de la coquille 2 sur le bras coudé 5 est 20 susceptible de tourner autour d'un second axe 8 perpendiculaire au précédent. La matière 9 devant former la pièce 4 est d'abord versée dans la coquille 2 (A), puis la deuxième coquille 3 est assemblée à la première, le moule 1 est 25 mis en rotation double autour des axes 6 et 8 et il est chauffé, en le plaçant dans un four 10 ou par tout autre moyen (B). La matière 9 tapisse toutes les parois du moule 1 sous l'effet des forces de gravité et fond sous l'effet de la chaleur. Le moule 1 est ensuite 30 laissé à refroidir ou refroidi volontairement par des jets d'air ou de liquide il (C), et quand la pièce 4 a B 14232.3/JCI été solidifiée, la coquille 3 est détachée et la pièce 4 est extraite (D). On a vu que ce procédé pouvait être répété pour donner une pièce formée de couches multiples. 5 L'utilisation de l'invention permet de l'étendre à des pièces comprenant une couche en mousse, même de forme compliquée comme celle (12) de la figure 2, en forme de réservoir cannelé o alternent des renflements et des resserrements annulaires. La paroi est composée d'une 10 enveloppe externe 13, d'une couche intermédiaire 14, et d'une enveloppe interne 15. Les enveloppes 13 et 15 sont des polymères compacts, normalement introduits sous forme de poudre et thermoplastiques, comme des polyoléfines simples ou mélangées, colorées ou non, ou 15 chargées ou non. La couche intermédiaire 14 est un polymère en mousse composé d'une matrice thermoplastique ayant contenu un agent moussant ou gonflant et éventuellement un agent nucléant, au départ sous forme de poudre. Ce polymère peut être dans un des 20 types cités ci-dessus lui aussi. Un mode de réalisation particulier de l'invention sera décrit au moyen de la figure 3 qui est un schéma de température o une courbe 16 exprime la température réalisée dans le four 10 autour d'un moule 25 et la courbe 17 la température atteinte dans le moule 1, en fonction du temps. La pièce considérée sera la pièce 4 qui sera pourvue de trois couches semblables aux couches 13, 14 et 15 qu'on a décrites. Une quantité de 5 kilogrammes de polymère 30 (polyéthylène métallocène de grade commercial RM 8403 de la société BOREALIS) est introduite en poudre dans le moule 1, qui est mis en rotation biaxiale à une B 14232.3/JCI vitesse de quatre tours à la minute autour de l'axe 6 et d'un tour à la minute autour de l'axe 8. La température du four 10 est à 2500C. Lorsque la température dans le moule atteint 1450C, le moule 1 est 5 retiré du four et ouvert, et une quantité 3 kilogrammes de polymère moussant (polyéthylène de grade M 532 de la société MATRIX POLYMERS) est introduite en poudre dans le moule, qui est ensuite refermé, remis en rotation et replacé dans le four 10, dont la température est alors 10 fixée à 2400C. Lorsque la température de la matière atteint 1500C, le moule 1 est retiré du four 10. Le moule 1 est toutefois laissé en rotation hors du four jusqu'à ce que la température dépasse la température de moussage (ici de 1700C) par inertie thermique. Le 15 moussage est laissé à se poursuivre pendant une durée jugée suffisante et peut éventuellement être interrompu par les dispositifs de refroidissement. Lorsque la température de la matière descend au-dessous de la température de moussage, la rotation du moule 1 est 20 arrêtée puis le moule est ouvert et une quantité de 2 kilogrammes de polymère (polyéthylène métallocène de grade commercial RM 8343 de la société BOREALIS) est introduite en poudre dans le moule 1. Le moule est refermé, remis en rotation et réintroduit dans le four 25 dont la température est fixée à 2400C. Lorsque la température de la matière atteint 1200C, le moule 1 est retiré du four 10, et laissé en rotation sous refroidissement naturel jusqu'à ce que la matière ait une température qui dépasse suffisamment par inertie 30 thermique sa température de fusion pour que le dernier polymère soit convenablement moulé. Lorsque cette température de moulage est atteinte, on refroidit le B 14232.3/JCI moule jusqu'à ce que la pièce soit solidifiée. Le moule peut alors être arrêté et ouvert pour démouler la pièce 4. Les couches 13, 14 et 15 ont ici des épaisseurs de , 8 et 2 millimètres. Les températures de fusion de ces trois polymères étaient respectivement 1320C, 1300C et 1290C. Les échauffements étaient évidements suffisants pour que les températures de fusion aient toutes été atteintes, et que les couches se soient ainsi formées. 10 La couche moussante 14 était de bonne qualité, régulière et adhérant bien aux autres. B 14232.3/JCI REVENDICATIONS 1. Procédé de rotomoulage d'une pièce comprenant au moins une première couche (13), en 5 polymère compact, et une deuxième couche (14), en polymère en mousse et entouré sur une face par la première couche (13), comprenant des étapes de placement d'une première quantité de matière devant composer la première couche dans un moule (1), de 10 rotation du moule pour dessiner la première couche et de chauffage de la première quantité de matière pour la fondre, puis de placement d'une deuxième quantité de matière devant composer la deuxième couche dans le moule, et de remise en rotation du moule, caractérisé 15 en ce que le chauffage est interrompu avant que la deuxième quantité de matière n'atteigne sa température de moussage, mais que la rotation du moule est maintenue jusqu'à ce que la deuxième quantité de matière atteigne la température de moussage et tant 20 qu'elle reste à la température de moussage ou audessus de cette température, formant ainsi la deuxième couche. 2. Procédé de rotomoulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage est interrompu dès que le moule atteint une température 25 déterminée comprise entre une température de fusion et la température de moussage de la deuxième quantité de matière. 3. Procédé de rotomoulage d'une pièce selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé 30 en ce qu'il comprend encore des étapes de placement d'une troisième quantité de matière, devant composer une troisième couche (15), en polymère compact, quand B 14232.3/JCI la deuxième couche a été formée, puis de remise en rotation du moule et de chauffage du moule. 4. Procédé de rotomoulage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chauffage du 5 moule postérieur au placement de la troisième quantité de matière est interrompu avant que celle-ci n'atteigne sa température de fusion. 5. Procédé de rotomoulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et appliqué à une 10 pièce comprenant une concavité, caractérisé en ce que le moule (1) est dépourvu de contour de moulage de la concavité. 6. Procédé de rotomoulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et appliqué à une 15 pièce dont l'épaisseur ou la nature chimique des couches entourant la couche de mousse est différente. B 14232.3/JCI