Brevet FR2872732A1 — publié le 20060113

La présente invention concerne la fabrication des pièces en polyuréthanne thermodurcissable. L'invention vise plus spécialement la fabrication de pièces en polyuréthanne thermodurcissable comportant une cavité intérieure. Le polyuréthanne thermodurcissable est une matière plastique qui présente un intérêt en particulier pour la fabrication de pièces de petites et moyennes séries pouvant présenter des comportements physiques variés en fonction de la composition (expansées, souples, semi-rigides, légères, ... ), ou de pièces de grande dimension. L'intérêt résulte de la possibilité d'utiliser des moules en résine, qui sont plus économiques que les moules en acier généralement utilisés pour l'injection de pièces en autres matières plastiques. Lors de la fabrication d'une pièce en polyuréthanne, on part généralement de deux composants principaux liquides, qu'on mélange et qu'on injecte dans un moule de forme qui confère à la pièce sa forme extérieure. Dans le moule, les deux composants liquides réagissent selon une réaction exothermique de polymérisation, et l'on obtient une pièce solide. Il est possible d'ajouter des colorants, un agent d'expansion, en plus ou moins grande quantité, pour obtenir soit une mousse souple, utile par exemple dans le domaine de l'ameublement, soit une mousse semi-rigide telle que celles utilisées pour les tableaux de bord des automobiles, soit une masse rigide telle que celles qui sont utilisées par exemple pour l'isolation. Mais, jusqu'à ce jour, on ne sait pas réaliser de manière efficace et économique une pièce en polyuréthanne ayant une cavité intérieure entourée par une paroi de polyuréthanne dont l'épaisseur est maîtrisée. Par ailleurs, diverses technologies sont connues pour faire des pièces creuses en diverses matières plastiques, par exemple par moulage, par injection gaz, par soufflage, mais ces technologies ne sont pas applicables au polyuréthanne. Des pièces creuses en polyuréthanne peuvent être réalisées par rotomoulage. Mais il n'est alors pas possible d'en maîtriser l'épaisseur. Le problème proposé par la présente invention est ainsi de concevoir un nouveau procédé et des moyens pour réaliser des pièces en polyuréthanne comportant une cavité intérieure et une paroi d'épaisseur contrôlée. La réalisation d'une telle pièce doit être économique. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en polyuréthanne comprenant une étape d'injection d'un mélange liquide de composants dans la cavité intérieure d'un moule de forme, permettant de donner à la pièce sa forme extérieure, et comprenant une étape de polymérisation au cours de laquelle on laisse le mélange liquide se polymériser pour former le polyuréthanne solide; selon l'invention: - le moule supporte, dans sa cavité intérieure, un noyau en un matériau fusible approprié, - lors de l'injection, le mélange liquide injecté se répartit entre le moule et le noyau, sans fondre le noyau, - après l'étape de polymérisation, on chauffe le matériau fusible du noyau sans dégrader sensiblement le polyuréthanne polymérisé, et on évacue le matériau fusible fondu à l'extérieur de la pièce en polyuréthanne ainsi constituée. On choisit un matériau fusible approprié pour constituer le noyau: le matériau doit fondre à une température suffisamment basse pour l'élimination du noyau après polymérisation du polyuréthanne sans dégrader sensiblement le polyuréthanne polymérisé, et le matériau doit rester à l'état solide jusqu'à une température suffisamment élevée pour supporter, sans déformation sensible, la présence du polyuréthanne non encore polymérisé dans le moule d'injection pendant et après son injection. Ainsi, en pratique, les composants du polyuréthanne et le matériau 20 fusible du noyau sont choisis de façon que: - le matériau fusible du noyau fond à une température suffisamment haute pour conserver sa forme pendant l'injection et la polymérisation des composants du polyuréthanne, - le matériau fusible du noyau fond à une température suffisamment basse pour 25 fondre et être évacué sans que le polyuréthanne polymérisé soit dégradé ou perde de façon irréversible ses performances théoriques. De bons résultats peuvent être obtenus en utilisant un matériau fusible, par exemple une cire, dont le point de fusion est compris entre 80 C et 100 C environ, avantageusement voisin de 90 C, par exemple une cire de paraffine et d'hydrocarbure microcristalline, telle que la cire désignée par la marque CEREWAX M85/C distribuée par la société frânçaise BAERLOCHER FRANCE SA. Lors du procédé, l'injection du mélange liquide de composants dans le moule peut se faire de préférence à une température contrôlée de 18 C à 30 C environ, et on peut choisir la température en fonction de la formule de polyuréthanne utilisée. Au cours du procédé, il peut être avantageux de réguler la température du moule, en la maintenant à une température d'environ 40 C à 65 C: avant l'injection, le moule est chauffé à cette température; pendant l'injection, la réaction de polymérisation est exothermique, et l'on refroidit le moule pour le maintenir à la température désirée. On choisit la température de régulation pour éviter de trop dépasser le point de fusion du matériau fusible pendant la polymérisation. Ensuite, au cours de l'étape de fusion du matériau fusible constituant le noyau, pour l'éliminer, on assure un échauffement peu supérieur à la température de fusion du matériau fusible, afin d'assurer sa fusion tout en évitant la dégradation du polyuréthanne constituant la pièce. Selon un autre aspect de l'invention, on prévoit un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, le dispositif comprenant un moule d'injection du polyuréthanne, le moule ayant des moyens spécifiques de maintien du noyau en position dans la cavité intérieure du moule. De préférence, le moule comprend un logement de maintien du noyau, le logement permettant de recevoir et de retenir une partie de la matière fusible constituant le noyau. En outre, le moule comporte des moyens de régulation de température, pour réguler sa température pendant et après l'injection. Selon un autre aspect, l'invention prévoit la réalisation de pièces en polyuréthanne creuses dont la surface intérieure a une forme résultant d'un moulage. Cette surface intérieure porte en principe des traces de matériau fusible, ou éventuellement des traces d'un solvant sélectif du matériau fusible qui a pu être utilisé pour éliminer lesdites traces de matériau fusible. La surface intérieure, résultant d'un moulage, présente des formes particulières qui ne peuvent être réalisées que par moulage. Par exemple, si la cavité intérieure doit comporter des parties anguleuses, les angles sont vifs, contrairement à ce qui est obtenu par d'autres méthodes telles que le rotomoulage, par lesquelles les parties anguleuses sont nécessairement lissées. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en 30 relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 illustre, en coupe, une forme possible de pièce de polyuréthanne creuse qu'il est possible de réaliser selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de moulage selon un mode de réalisation de la présente invention, en coupe transversale selon le plan A-A de la 35 figure 3; - la figure 3 est une vue de dessous du dispositif de moulage de la figure 2; et - la figure 4 est un schéma illustrant le procédé d'injection mis en oeuvre par l'invention. On considère tout d'abord la figure 4. Sur cette figure, on a représenté les moyens d'injection du polyuréthanne dans un moule 5 pour la mise en oeuvre de l'invention. Le polyuréthanne est constitué essentiellement d'une résine bicomposant, obtenu à partir d'un premier composant 1 liquide contenu dans un premier réservoir la et d'un second composant 2 liquide contenu dans un second réservoir 2a. Les composants 1 et 2 sont conduits respectivement par des canalisations 1 b et 2b munies de pompes respectives l c et 2c jusqu'à un dispositif de mélange et d'injection 3 qui introduit le mélange encore liquide par une canalisation d'injection 4 dans un moule 5. On considère maintenant les figures 2 et 3. On retrouve la canalisation d'injection 4 et le moule 5. Le moule 5, par exemple en résine, est constitué, dans le mode de réalisation illustré, de deux coques principales 6 et 7 qui peuvent être assemblées selon un plan de joint 8. Les coques 6 et 7 définissent une cavité intérieure 9 qui communique avec la canalisation d'injection 4 par un canal d'injection 10, pour l'injection du mélange liquide. La cavité intérieure 9 est en outre associée à un logement de maintien de noyau 11. Dans la réalisation illustrée sur la figure 2, le logement de maintien de noyau 11 est un canal traversant, qui met en communication la cavité intérieure 9 avec l'atmosphère extérieure. En alternative, on peut prévoir une cavité borgne, qui est ouverte vers l'intérieur mais ne débouche pas vers l'extérieur. Dans la cavité intérieure 9, on a en outre disposé un noyau 12 qui, par exemple, est de forme similaire de la forme de la paroi de cavité intérieure 9, définissant, entre la surface extérieure 12c du noyau 12 et la surface 9a de moule qui limite la cavité intérieure 9, un espacement maîtrisé El, par exemple d'épaisseur constante. Le maintien du noyau 12 en position dans la cavité intérieure 9, garantissant l'espacement maîtrisé El, est assuré par une portion radiale 12a du noyau 12 qui se développe radialement vers l'extérieur et s'engage dans le logement de maintien de noyau 11. Dans la réalisation illustrée sur la figure 2, la portion radiale 12a traverse le canal constituant le logement de maintien de noyau 11, et comporte une 35 extrémité 12b qui dépasse à l'extérieur du moule 5. Ainsi, la portion radiale 12a et le logement de maintien de noyau 11 constituent un moyen pour maintenir le noyau 12 en position dans le moule 5. Le moule 5 comprend en outre, dans la réalisation illustrée, un moyen de régulation de température 13, par exemple de type connu en soi. On peut notamment utiliser des résistances électriques chauffantes, ou des circulations de fluide caloporteur pour échauffer et/ou refroidir le moule lors des étapes du procédé. Le noyau 12 est constitué d'une cire susceptible de fondre à température inférieure à la température de dégradation du polyuréthanne solide, mais susceptible de rester à l'état solide jusqu'à des températures suffisamment élevées telles que celles qui sont atteintes lors de l'injection et de la polymérisation du polyuréthanne. Lors de la mise en oeuvre de l'invention pour la réalisation d'une pièce en polyuréthanne, on utilise le moule 5 qui supporte, dans sa cavité intérieure 9, le noyau 12 en matériau fusible tel qu'une cire. On injecte le mélange des deux résines par la canalisation d'injection 4 et le canal d'injection 10, et le mélange injecté se répartit entre le moule 5 et le noyau 12, dans l'espace défini par l'épaisseur El, sans fondre le noyau 12. De la sorte, le polyuréthanne se trouve moulé à la fois selon sa surface extérieure par la surface intérieure 9a du moule 5 et selon sa face intérieure par la surface extérieure 12c du noyau 12. Le polyuréthanne est injecté à une température généralement comprise entre 18 C et 30 C, que l'on choisit en fonction de la formule de polyuréthanne utilisée, c'est-à-dire en fonction de la composition et en fonction des charges ou additifs contenus dans la résine. Pour éviter que l'échauffement dû à la réaction exothermique de polymérisation produise un ramollissement excessif ou une fusion du noyau 12, ce qui lui ferait perdre sa forme, on peut avantageusement réguler la température du moule 5 à l'aide des moyens de régulation de température 13. Une régulation à une température de 40 C à 65 C peut être appropriée, cette température étant choisie en fonction du polyuréthanne utilisé. Après l'injection, on laisse polymériser le polyuréthanne, jusqu'à obtenir une pièce solide. On élimine ensuite le noyau 12 par élévation de température à une température supérieure à la température de fusion du matériau fusible constituant le noyau 12, mais à une température inférieure à la température susceptible de provoquer une dégradation ou une perte irréversible de la forme et des performances théoriques du polyuréthanne polymérisé qui entoure le noyau 12. Dans la réalisation illustrée sur la figure 2, l'échauffement peut se faire directement dans le moule 5, la fusion du matériau constituant le noyau 12 provoquant son écoulement par le logement de maintien de noyau 11 vers l'extérieur, le logement étant orienté vers le bas. En alternative, notamment si le logement de maintien de noyau 11 n'est pas un canal traversant, on peut ouvrir le moule 5 et placer la pièce et son noyau 12 dans des moyens d'échauffement qui provoquent alors l'écoulement du matériau fusible par la portion 12d qui traverse l'espace d'injection de polyuréthanne, et qui traverse donc la paroi de polyuréthanne réalisée par polymérisation. La pièce de polyuréthanne ainsi obtenue est par exemple illustrée sur la figure 1 par la référence générale 14. Sa surface extérieure 15 reproduit la forme de la surface intérieure 9a du moule 5. La pièce 14 comporte une cavité intérieure 16 délimitée par une surface intérieure 17 qui reproduit la forme extérieure 12c du noyau 12. Un canal d'évacuation 18 reste présent, après l'évacuation du matériau fusible ayant constitué le noyau 12. Des traces de matériau fusible 19 peuvent être encore présentes dans la cavité intérieure 16. La forme de la surface intérieure 17 qui délimite la cavité intérieure 16 présente les caractéristiques d'une surface réalisée par moulage. On comprend qu'il est possible, avec cette technique, de réaliser une pièce 14 dont la paroi présente une épaisseur El parfaitement maîtrisée. Cette épaisseur peut être constante, ou peut être variable en fonction des zones considérées de la pièce 14, les variations dépendant des formes respectives du noyau 12 et du moule 5, ainsi que de la position du noyau 12 dans le moule 5 avant l'injection. A titre d'exemple, on a pu réaliser avec succès des pièces de polyuréthanne creuses en utilisant, comme matériau fusible de noyau, une cire de paraffine et d'hydrocarbure microcristalline ayant une température de fusion comprise entre 80 C et 100 C, par exemple une cire désignée par la marque CEREWAX M 85/C et distribuée par la société BAERLOCHER FRANCE SA. La cire a été utilisée pour injecter un polyuréthanne à durcissement rapide bicomposant pour prototypage rapide de référence RenPIM 5213-1 A/B. Il est en outre possible, au cours du procédé de l'invention, de loger, dans le noyau 12, un insert 20 (figures 2 et 3), dont une portion 20a au moins dépasse du noyau 12. L'insert 20 doit rester solideà la température de fusion du matériau fusible constituant le noyau 12. De la sorte, après élimination du matériau fusible constituant le noyau 12, l'insert 20 se trouve engagé et solidarisé au polyuréthanne constituant la pièce. On peut par exemple envisager d'incorporer de cette manière, dans la pièce 14, une carte électronique. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une pièce (14) en polyuréthanne thermodurcissable, comprenant une étape d'injection d'un mélange liquide de composants (1, 2) dans la cavité intérieure (9) d'un moule (5) de forme, permettant de donner à la pièce (14) sa forme extérieure (15), et comprenant une étape de polymérisation au cours de laquelle on laisse le mélange liquide se polymériser pour former le polyuréthanne solide, caractérisé en ce que: - le moule (5) supporte, dans sa cavité intérieure (9), un noyau (12) en un matériau fusible approprié, - lors de l'injection, le mélange liquide injecté se répartit entre le moule (5) et le noyau (12), sans fondre le noyau (12), - après l'étape de polymérisation, on chauffe le matériau fusible du noyau (12) sans dégrader sensiblement le polyuréthanne polymérisé et on évacue le matériau fusible fondu à l'extérieur de la pièce (14) en polyuréthanne ainsi constituée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants (1, 2) du polyuréthanne et le matériau fusible du noyau (12) sont choisis de façon que: - le matériau fusible du noyau (12) fond à une température suffisamment haute pour conserver sa forme pendant l'injection et la polymérisation des composants (1, 2) du polyuréthanne, - le matériau fusible du noyau (12) fond à une température suffisamment basse pour fondre et être évacué sans que le polyuréthanne polymérisé soit dégradé ou perde de façon irréversible ses performances théoriques. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau fusible constituant le noyau (12) est une cire de paraffine et d'hydrocarbure microcristalline. 4 Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau fusible constituant le noyau (12) présente un point de fusion compris entre 80 C et 100 C, avantageusement voisin de 90 C. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé . en ce qu'on injecte le mélange liquide de composants à une température comprise entre 18 C et 30 C environ. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pendant l'injection et la polymérisation, on régule la température du moule (5), avantageusement à une température comprise entre 40 C et 65 C environ. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, lors de l'étape de fusion du matériau fusible constituant le noyau (12), on échauffe ledit matériau fusible à une température peu supérieure à sa température de fusion. 8 Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un moule (5) et des moyens (Il, 12) pour maintenir un noyau (12) en position dans le moule (5). 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moule (5) comprend un logement de maintien de noyau (11), conformé pour recevoir et retenir une partie de la matière fusible (12a) constituant le noyau (12). Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le moule (5) comprend des moyens de régulation de température (13). 11 Pièce (14) en polyuréthanne à cavité intérieure (16), obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et dont la surface intérieure (17) a une forme résultant d'un moulage et porte des traces de matériau fusible (19) ou d'un solvant sélectif du matériau fusible.