Brevet FR3020304A1 — publié le 20151030

L'invention se rapporte au domaine du moulage de pièces plastiques au 5 sein de moules métalliques et plus particulièrement à un procédé d'isolation thermique dudit moule métallique. Lors du moulage d'une pièce plastique par injection de plastique à l'état fondu, à savoir sous forme d'un fluide à haute température, au sein d'une cavité 10 d'un moule métallique, il se forme une pellicule de plastique qui se solidifie au contact de la paroi métallique et froide de la cavité de moulage. Cette solidification s'étend au fur et à mesure que le plastique fluide avance au sein de ladite cavité de moulage, on parle de remplissage par effet fontaine. Cet effet fontaine est du au différentiel de température entre ladite paroi métallique 15 généralement à température ambiante et la température élevée du plastique fluide injecté. Pour le moulage de pièces fines ou de petites tailles, la formation de cette pellicule peut être un inconvénient car du fait de sa formation, la section de la cavité diminue d'autant et cela peut gêner la progression du plastique à l'état 20 fondu au sein de la cavité de moulage. Une solution connue est de compenser la formation de cette pellicule de plastique solidifiée en augmentant la pression d'injection au sein du moule, pour s'opposer à la solidification totale de la section de la pièce injectée. 25 Cependant une telle solution nécessite des équipements adaptés plus coûteux et est également plus coûteuse énergétiquement et augmente d'autant les coûts de production. 30 Un des buts de l'invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer une solution au problème de formation de la pellicule de matière plastique solidifiée sur les parois de la cavité de moulage lors de l'injection de ladite matière plastique. La présente invention concerne donc un procédé d'isolation thermique d'un moule métallique pour moulage de matière plastique, ledit moule comportant une cavité de moulage dans laquelle est injectée la matière plastique à l'état fondu, ledit procédé comportant une étape d'application d'une couche d'un polymère isolant thermiquement d'une épaisseur supérieure ou égale à 3ooldm sur les parois de la cavité de moulage. Le procédé d'isolation thermique du moule métallique permet un meilleur écoulement de la matière plastique fluide au sein de la cavité de moulage, facilite ainsi l'injection et peut permettre une diminution de la pression d'injection au sein du moule métallique. La présente invention concerne également le moule métallique comportant une cavité de moulage dans laquelle est injectée la matière plastique à l'état fondu, les parois de ladite cavité de moulage étant recouvertes une couche d'un polymère isolant thermiquement d'une épaisseur supérieure ou égale à 3ooldm. Selon d'autres aspects de l'invention : - le polymère isolant thermiquement à une température de dégradation supérieure à la température d'injection de la matière plastique, - le polymère isolant thermiquement a une conductivité thermique inférieure ou égale à 0.3 W.m-1.K-1, - le polymère isolant est un polymère fluoré, - le polymère isolant thermiquement est un polymère perfluoroalkoxy, - le polymère isolant thermiquement est appliqué en une succession de couches sur les parois de la cavité de moulage, et - le polymère isolant thermiquement est appliqué au moyen d'un spray électrostatique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 5 clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et de la figure unique montrant une représentation schématique en coupe d'un moule métallique. Le moule métallique 1 comporte un premier demi-moule 3a et un second 10 demi-moule 3b. Ces deux moules sont complémentaires de forme et définissent une cavité de moulage 5. Le premier demi-moule 3a comporte une ouverture d'injection 7 par laquelle est injectée une matière plastique à mouler à l'état fondu selon une fluidité donnée. Le moule métallique peut également comporter des conduits 9 dans lesquels circule un fluide caloporteur afin de refroidir ledit 15 moule et ainsi augmenter la vitesse de refroidissement, la vitesse de solidification et de durcissement de la matière plastique injectée. Avant la mise en service du moule métallique 1, ce dernier est soumis à un procédé d'isolation thermique. Par mise en service on entend le lancement 20 de cycles de moulage dans un procédé industriel de production de pièces plastiques moulées. Ce procédé d'isolation thermique comporte une étape d'application d'une couche il d'un polymère isolant thermiquement sur les parois de la cavité de 25 moulage 5. Cette couche polymère 11 a une épaisseur supérieure ou égale à 3oolmn. Cette couche polymère 11 permet la création d'une séparation isolante entre la matière plastique, caractérisée par une fluidité donnée, injectée à l'état fondu, à haute température et les parois métalliques plus froides (généralement 30 à température ambiante) de la cavité de moulage 5. Ainsi, lors de l'injection de la matière plastique fluide au sein de la cavité de moulage 5, il n'y a pas de contact direct entre la matière plastique et les parois métalliques. Du fait de l'épaisseur de la couche de polymère 11 et de sa faible conductivité thermique, la matière plastique fluide en contact avec les parois de la cavité de moulage 5 refroidit plus lentement. L'effet fontaine étant atténué, l'épaisseur de la pellicule de plastique solidifiée au contact de la paroi est moins importante lors de l'injection ce qui permet un écoulement plus aisé de la matière plastique fluide. La paroi de polymère isolante permet de modifier l'effusivité thermique entre la matière plastique à l'état fondu et la paroi de la cavité du moule, revêtue par ledit revêtement polymère isolant. Un autre avantage de l'invention est la possibilité de faire varier l'épaisseur de la couche polymère 11 pour obtenir une pièce plastique d'une épaisseur finale adaptée aux besoins de l'utilisateur. Ceci permet ainsi de réduire la quantité de matière plastique utilisée pour produire une pièce donnée et de réduire ainsi les coûts de production et le poids de la pièce, tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques de la pièce. Afin d'assurer sa fonction isolante, le polymère utilisé pour réaliser la couche polymère 11 a de préférence une conductivité thermique inférieure ou égale à 0.3 W.nr1.K-1. La couche polymère 11 est également résistante à l'abrasion de sorte à pouvoir résister à un grand nombre de cycles de moulage et démoulage. De préférence, la couche polymère 11 est assez résistante pour tenir au moins 60000 à l00000 cycles de sorte que le renouvellement de la couche polymère il ne soit nécessaire que lors des entretiens courants nécessitant un démontage du moule métallique 1. La couche polymère 11 est de préférence réalisée avec un polymère dont la température de dégradation est supérieure celle de la matière plastique fluide injectée. Par exemple, pour une injection de polypropylène (PP) la température d'injection de la matière plastique est située entre 200 et 260 °C, pour une injection de polycarbonate (PC ou PC-HT) la température d'injection de la matière plastique est généralement située entre 260 et 350 °C. Ainsi le polymère isolant thermiquement utilisé pour réaliser la couche polymère 11 peut avoir une température de dégradation supérieure ou égale à 350 °C. Le polymère isolant thermiquement peut par exemple être un polymère fluoré et plus spécifiquement un polymère perfluoroalkoxy qui a une conductivité thermique de 0.3 W.m-1.K-1 et une température de fusion de 305 °C. De plus le perfluoroalkoxy adhère bien aux parois métalliques de la cavité de moulage 5 et il a des propriétés anti-adhérentes qui peuvent faciliter le démoulage de la pièce moulée. Exemple de réalisation d'une couche de polymère 11 et résultats expérimentaux : Quatre moules métalliques sont préparés pour des injections de 15 Polypropylène (PP). Chaque moule métallique 1 comporte une cavité de moulage 5 rectangulaire possédant les dimensions suivantes : - longueur de 296 mm, - largeur de 69 mm, et - hauteur de imm. 20 Dans un premier moule métallique une injection de contrôle de PPTD20© de la société Down© est réalisée et dans un second moule métallique une injection de contrôle de HCPP© de la société Borealis© est réalisée. 25 La cavité de moulage 5 des troisième et quatrième moules métalliques subit une étape d'isolation thermique par application d'une couche polymère perfluoroalkoxy d'une épaisseur de 300 à 3501.im sur chaque paroi. Le perfluoroalkoxy est appliqué, par exemple au moyen d'un spray électrostatique, en une succession de couches jusqu'à atteindre l'épaisseur désirée. 30 Dans le troisième moule métallique une injection de PP-TD20© de la société Down© est réalisée et dans le quatrième moule métallique une injection de HCPP© de la société Borealis© est réalisée. 3 02 03 04 6 Du fait de la faible hauteur de la cavité de moulage 5, la longueur de la pièce moulée permet de caractériser la facilité d'écoulement du PP au sein de ladite cavité de moulage 5. 5 Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau ci-dessous : Type de moule Pression Longueur de la d'injection pièce moulée Cavité de moulage nue PP-TD20© 969 bar 144 mm HCPP© 758 bar 14.7.1 mm Cavité de moulage PP-TD20© 834 bar 171 mm avec couche polymère d'isolation thermique HCPP© 761 bar 199 mm 10 Le gain de taille en longueur de la pièce moulée entre une cavité de moulage 5 nue et une cavité de moulage 5 ayant subit une étape d'isolation thermique est ainsi de l'ordre de 13% pour une pression d'injection plus faible en ce qui concerne le PP-TD20© et de l'ordre de 28% pour une pression d'injection équivalente pour le HCPP©. Ainsi le procédé d'isolation thermique du moule métallique 1 permet un meilleur écoulement de la matière plastique fluide au sein de la cavité de moulage 5, facilite ainsi l'injection et peut permettre une diminution de la pression d'injection au sein du moule métallique 1. REVENDICATIONS1. Procédé d'isolation thermique d'un moule métallique (1) pour moulage de matière plastique, ledit moule (1) comportant une cavité de moulage (5) dans laquelle est injectée la matière plastique à l'état fondu, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape d'application d'une couche d'un polymère (11) isolant thermiquement d'une épaisseur supérieure ou égale à 3ooldni sur les parois de la cavité de moulage (5). 2. Procédé d'isolation thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère isolant thermiquement à une température de dégradation supérieure à la température d'injection de la matière plastique. 3. Procédé d'isolation thermique selon l'une des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que le polymère isolant thermiquement a une conductivité thermique inférieure ou égale à 0.3 W.m-1.K-1. 4. Procédé d'isolation thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère isolant est un polymère fluoré. 20 5. Procédé d'isolation thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le polymère isolant thermiquement est un polymère perfluoroalkoxy. 25 6. Procédé d'isolation thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère isolant thermiquement est appliqué en une succession de couches sur les parois de la cavité de moulage (5). 30 7. Procédé d'isolation thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère isolant thermiquement est appliqué au moyen d'un spray électrostatique. 8. Moule métallique (1) pour moulage de matière plastique, ledit moule (1) comportant une cavité de moulage (5) dans laquelle est injectée la matière plastique à l'état fondu, caractérisé en ce que les parois de ladite cavité de moulage (5) sont recouvertes une couche d'un polymère (11) isolant thermiquement d'une épaisseur supérieure ou égale à 3001..tm. 9. Moule métallique (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le polymère isolant thermiquement à une température de dégradation supérieure 10 à la température d'injection de la matière plastique. 10. Moule métallique (1) selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le polymère isolant thermiquement a une conductivité thermique inférieure ou égale à 0.3 W.m-1.K-1. 15 11. Moule métallique (1) selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le polymère isolant est un polymère fluoré. 12. Moule métallique (1) selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en 20 ce que le polymère isolant thermiquement est un polymère perfluoroalkoxy.