Brevet FR3022171A1 — publié le 20151218

- 1 - DISPOSITIF DE ROTO1VIOULAGE ET MOULE POUR LA REALISATION DE PIECES ROTO1VIOULEES EN POLY1VIERE A POINT DE FUSION ELEVE OU SIMILAIRE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de rotomoulage et un moule pour dispositif de rotomoulage permettant la réalisation de pièces rotomoulées en polymère à point de fusion élevé ou similaire tel que, par exemple, le polyétheréthercétone communément appelé PEEK selon l'acronyme anglo-saxon « PolyEtherEtherKetone » dont point de fusion est d'environ 340° C. ART ANTERIEUR Dans le domaine de la plasturgie, il est bien connu depuis de nombreuses années un procédé de fabrication de pièces dit rotomoulage à partir d'un matériau polymère thermoplastique sous forme solide, tel que de la poudre ou de la pâte, ou d'un polymère thermodurcissable sous forme liquide. Les dispositifs de rotomoulage connus comprennent usuellement un moule chargé de polymère ainsi que des moyens de mise en rotation permettant de faire tourner ledit moule à une vitesse adaptée autour de deux axes distincts orthogonaux, l'un sensiblement et l'autre sensiblement horizontal et perpendiculaire au premier, ladite vitesse dépendant notamment de la surface interne du moule, de l'épaisseur de la pièce à fabriquer et de la densité du polymère utilisé. Le dispositif est ensuite placé dans un four afin d'obtenir la fusion du polymère contenu dans le moule. Le mouvement combiné des deux rotations du moule permet au polymère en fusion de se déplacer dans le moule le long de sa surface interne et d'adhérer à cette dernière. Lorsque le polymère fondu est réparti de façon homogène sur toute la surface interne du moule pour obtenir l'épaisseur souhaitée de la pièce à fabriquer, le dispositif de rotomoulage est placé dans une chambre de refroidissement spécifique pour refroidir le moule afin d'obtenir la solidification de la pièce moulée en appui sur la surface interne du moule, le refroidissement s'effectuant - 2 - usuellement par une projection à l'extérieur des surfaces moulantes d'air frais pouvant être combinée une brumisation d'eau. Ce procédé de rotomoulage permet de fabriquer des pièces complexes, telles que des pièces comportant des parois multicouches, et esthétiques tout en assurant une parfaite maîtrise des propriétés des pièces obtenues. Par ailleurs, le rotomoulage est particulièrement adapté aux pièces de grandes dimensions et/ou de forte épaisseur, qu'il permet de réaliser à moindre coût par rapport à l'extrusion soufflage ou d'autres techniques de transformation des plastiques. Toutefois, ce type de procédé nécessite un grand four et une grande chambre capables d'accueillir ledit moule qui sont des installations particulièrement onéreuses difficilement amortissables pour des petites et moyennes séries. Afin de remédier à cet inconvénient, on a déjà imaginé des dispositifs de rotomoulage comportant des moyens de chauffage solidaires du moule. C'est le cas notamment des demandes de brevet français FR 1 580 487 et FR 2 736 860. Le document FR 1 580 487 décrit un appareil pour le moulage de corps creux en matière naturelle ou synthétique en poudre ou liquide. L'appareil comporte des moules entrainés pour tourner et osciller autour de deux axes perpendiculaires entre eux. Les parois des moitiés de moule définissent une chambre pour recevoir alternativement un fluide chauffant et un fluide réfrigérant, les parois comprenant une paroi transversale non perforée de matière bonne conductrice de la chaleur isolant de matière étanche la cavité de moule de la-chambre, un orifice d'entrée et un orifice de sortie étant prévus pour la chambre indépendamment de la cavité de moule. Le document FR 2 736 860 décrit une machine de rotomoulage à chauffage électrique. Ladite machine de rotomoulage comporte des bras montés à rotation sur un bâti autour d'un axe sensiblement horizontal, lesquels bras comportant des moyens pour recevoir et entraîner en rotation un ou plusieurs moules autour d'axes sensiblement orthogonaux à l'axe. Par ailleurs, la machine de rotomoulage comporte un circuit électrique et des collecteurs tournants pour alimenter des conducteurs électriques blindés - 3 - chauffants implantés à la périphérie des moules et répartis sur toute leur surface, en contact direct avec leur paroi, pour les chauffer par conduction. Lesdits conducteurs blindés chauffants sont implantés au fond de gorges formées entre des nervures du moule et appliquées au fond desdites gorges par une clavette obturant les gorges. Les moules de ces dispositifs de rotomoulage sont obtenus dans de l'aluminium, l'aluminium présentant une conductivité thermique importante procurant une bonne répartition thermique, ou dans un matériau composite de sorte que les températures de moulage obtenues sont inférieures à 300°C. Ce type de dispositif ne permet ainsi pas d'utiliser des polymères à point de fusion élevés tels que le polyétheréthercétone communément appelé PEEK selon l'acronyme anglo-saxon « PolyEtherEtherKetone » dont point de fusion est d'environ 340° C, le polyfluorure de vinylidène communément appelé PVDF selon l'acronyme anglo-saxon « PolyVinyliDene Fluoride », le Polyetherimide (PET), ou les polyimides (PI), qui sont des polymères amorphes ou semi- cristallins à hautes performances. EXPOSE DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant 20 un dispositif de rotomoulage et un moule pour dispositif de rotomoulage de conception simple et peu onéreuse et permettant la réalisation de pièces rotomoulées à partir de polymères à hautes performances dont le point de fusion est supérieur à 300°C. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un dispositif de 25 rotomoulage comprenant au moins un bâti, un premier cadre articulé audit bâti autour d'un axe sensiblement horizontal, un second cadre articulé au premier cadre suivant un axe sensiblement horizontal et orthogonal à l'axe d'articulation du premier cadre, des moyens d' entrainement du premier cadre et du second cadre autour de leurs axes respectifs, au moins un moule amovible apte à être solidarisé au second cadre, ledit moule 30 comprenant deux demi-empreintes aptes à être solidarisées ensemble de façon amovible et étanche, et des moyens de chauffage dudit moule ; ledit dispositif est remarquable en ce que chaque demi-empreinte dudit moule est obtenu dans de l'acier dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 4 mm et en ce que la paroi extérieure de chaque demi-empreinte - 4 - comporte un câble chauffant dont le diamètre est inférieur ou égal à 4 mm afin de procurer une température à l'intérieur du moule supérieure ou égale à 600°C. Une telle configuration de chaque demi-empreinte permet, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, d'atteindre des températures particulièrement élevées à l'intérieur du moule permettant ainsi la réalisation de pièces rotomoulées de hautes performances à partir de polymères à point de fusion élevés tels que le polyétheréthercétone communément appelé PEEK selon l'acronyme anglo-saxon « PolyEtherEtherKetone » dont point de fusion est d'environ 340° C, le polyfluorure de vinylidène communément appelé PVDF selon l'acronyme anglo-saxon « PolyVinyliDene Fluoride », le Polyetherimide (PET), ou les polyimides (PI), qui sont des polymères amorphes ou semi-cristallins à hautes performances, ou des polymères similaires De préférence, chaque demi-empreinte dudit moule est obtenue dans de l'acier dont l'épaisseur est égale à 3 mm. Par ailleurs, le câble chauffant est solidarisé sur la paroi extérieure en formant un serpentin couvrant l'ensemble de la surface de chaque demi-empreinte. Ledit câble chauffant est solidarisé sur la paroi extérieure de chaque demi- empreinte par un brasage à l'argent. Par ailleurs, le câble chauffant est constitué d'une âme centrale bimétallique noyée dans un isolant minéral en poudre fortement comprimé et d'une gaine en acier inoxydable 25 austénitique. De préférence, l'âme centrale du câble chauffant comporte deux fils obtenus dans du nickel et de chrome. 30 Chaque fil de l'âme centrale comporte 80% en poids de nickel et 20% en poids de chrome. De plus, le câble chauffant présente un rayon de courbure minimal de 6 mm. - 5 - De préférence, le câble chauffant présente un diamètre de 3 mm. Par ailleurs, le dispositif suivant l'invention comporte des moyens de refroidissement du moule. Lesdits moyens de refroidissement du moule consistent dans une enceinte fermée coiffant le moule, solidaire du second cadre, et comprenant sur sa paroi inférieure un ventilateur soufflant de l'air entre l'enceinte et la paroi extérieure du moule et sur sa paroi supérieure au moins un évent permettant l'échappement de l'air chaud. Ledit évent présente une forme sensiblement oblongue et s'étend dans la partie centrale de l'enceinte. Un autre objet de l'invention concerne un moule comprenant deux demi-empreintes aptes à être solidarisées ensemble de façon amovible et étanche, et des moyens de chauffage dudit moule, ledit moule étant apte à être solidarisé sur un dispositif de rotomoulage comprenant au moins un bâti, un premier cadre articulé audit bâti autour d'un axe sensiblement horizontal, un second cadre articulé au premier cadre suivant un axe sensiblement horizontal et orthogonal à l'axe d'articulation du premier cadre, des moyens d' entrainement du premier cadre et du second cadre autour de leurs axes respectifs ; ledit moule est remarquable en ce que chaque demi-empreinte dudit moule est obtenu dans de l'acier dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 4 mm et en ce que la paroi extérieure de chaque demi-empreinte comporte un câble chauffant dont le diamètre est inférieur ou égal à 4 mm afin de procurer une température à l'intérieur du moule supérieure ou égale à 600°C. Chaque demi-empreinte dudit moule est obtenue dans de l'acier dont l'épaisseur est égale à 3 mm. Ledit câble chauffant est solidarisé sur la paroi extérieure en formant un serpentin couvrant l'ensemble de la surface de chaque demi-empreinte. - 6 - Par ailleurs, le câble chauffant est solidarisé sur la paroi extérieure de chaque demi-empreinte par un brasage à l'argent. De préférence, le câble chauffant est constitué d'une âme centrale bimétallique noyée dans un isolant minéral en poudre fortement comprimé et d'une gaine en acier inoxydable austénitique. Ladite âme centrale comporte deux fils obtenus dans du nickel et de chrome. Chaque fil de l'âme centrale comporte 80% en poids de nickel et 20% en poids de chrome. De plus, le câble chauffant présente un rayon de courbure minimal de 6 mm et présente, de préférence, un diamètre de 3 mm. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d'une unique variante d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif, du moule et du dispositif de rotomoulage conformes à l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective du dispositif de rotomoulage suivant l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective du moule du dispositif de rotomoulage suivant l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de rotomoulage suivant l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective d'une coupe transversale du moule du dispositif de rotomoulage suivant l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective d'une demi-empreinte du moule du dispositif de rotomoulage suivant l'invention, - la figure 6 est une vue en perspective d'un câble chauffant du moule du dispositif de rotomoulage suivant l'invention. - 7 - DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Par souci de clarté, dans la suite de la description, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. De plus, les diverses vues ne sont pas nécessairement tracées à l'échelle. En référence aux figures 1 et 3, le dispositif de rotomoulage suivant l'invention comporte un bâti (1), un premier cadre principal (2) articulé audit bâti (1) suivant un axe (3) sensiblement horizontal et un second cadre (4) dit secondaire sur lequel est monté un moule (5) et articulé audit premier cadre principal (2) suivant un axe (6) sensiblement horizontal et s'étendant perpendiculairement à l'axe (3) du premier cadre principal (2). Chaque cadre (2,4) consiste dans une structure tubulaire métallique, rectangulaire ou carré par exemple, réalisée à partir de tubes métalliques de section transversale sensiblement carré par exemple. Le dispositif comporte par ailleurs des moyens de mise en rotation respectivement desdits cadres principal (2) et secondaire (4). Lesdits moyens de mise en rotation des cadres (1,2) consistent dans un moteur (7) solidaire du bâti (1) entraînant en rotation, par un ensemble poulie-courroie, non représenté sur les figures, un arbre disposé le long de l'axe (3), ledit arbre étant formé par deux tronçons supportés et guidés en rotation par des paliers solidaires dudit bâti (1), lesdits tronçons étant solidaires et disposés de part et d'autre du cadre principal (2). Les moyens de mise en rotation comprennent également un second moteur (8) solidaire du cadre principal (2) entraînant en rotation, par un ensemble poulie-courroie non représenté sur les figures, un arbre disposé le long de l'axe (6), ledit arbre étant formé par deux tronçons supportés et guidés en rotation par des paliers solidaires dudit cadre principal (2). De cette manière, le moule (5) peut effectuer simultanément une rotation autour de l'axe (3) et autour de l'axe (6). Accessoirement, le dispositif comporte une grille de protection (9) entourant le dispositif afin de protéger l'opérateur lors de l'utilisation du dispositif En référence aux figures 1 à 5, le moule (5) est constitué de deux demi-empreintes (5a,5b) indépendantes aptes à être solidarisées ensemble de manière étanche sur un cadre (10), ledit cadre (10) comportant une partie fixe (10a) qui consiste dans un sous-ensemble - 8 - rectangulaire comprenant des pattes (11) permettant la fixation de ladite partie fixe au cadre secondaire (4) et une partie mobile (10b) qui consiste dans un sous-ensemble rectangulaire comprenant des moyens de solidarisation (12), tels que des « sauterelles » par exemple, coopérant avec des moyens de solidarisation complémentaires (13), tels que des crochets par exemple, de la partie fixe (10a). De manière particulièrement avantageuse, chaque demi-empreinte (5a,5b) dudit moule (5) est obtenu dans de l'acier dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 4 mm, et de préférence égale à 3mm, et la paroi extérieure de chaque demi-empreinte (5a,5b) comporte un câble chauffant (14) dont le diamètre est inférieur ou égal à 4 mm, et de préférence égale à 3mm, afin de procurer une température à l'intérieur du moule supérieure à 340°C et pouvant atteindre 600°C. Une telle configuration de chaque demi-empreinte (5a,5b) permet d'atteindre des températures particulièrement élevées à l'intérieur du moule permettant ainsi la réalisation de pièces rotomoulées de hautes performances à partir de polymères à point de fusion élevés tels que le polyétheréthercétone communément appelé PEEK selon l'acronyme anglo-saxon « PolyEtherEtherKetone » dont point de fusion est d'environ 340° C, le polyfluorure de vinylidène communément appelé PVDF selon l'acronyme anglo-saxon « PolyVinyliDene Fluoride », le Polyetherimide (PET), ou les polyimides (PI), qui sont des polymères amorphes ou semi-cristallins à hautes performances, ou des polymères similaires. Ledit câble chauffant (14) est solidarisé sur la paroi extérieure de chaque demi-empreinte (5a,5b) en formant un serpentin couvrant l'ensemble de la surface de chaque demi- empreinte (5a,5b), ledit câble chauffant étant solidarisé sur la paroi extérieure de chaque demi-empreinte (5a,5b) par un brasage à l'argent. Par ailleurs, en référence à la figure 6, ledit câble chauffant (14) est constitué d'une âme centrale bimétallique (15) noyée dans un isolant (16) minéral en poudre fortement comprimé et d'une gaine (17) en acier inoxydable austénitique. De préférence, l'âme centrale (15) comporte deux fils obtenus dans du nickel et de chrome, chaque fil de l'âme centrale (15) comportant 80% en poids de nickel et 20% en poids de chrome. De plus, le câble chauffant (14) présente un rayon de courbure minimal de 6 mm. On observera que le moule (5) suivant l'invention pourra être adapté sur tout autre type de dispositif de rotomoulage bien connu de l'homme du métier sans pour autant - 9 - sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, le câble chauffant (14) est connecté à un circuit d'alimentation électrique non représenté sur les figures. De plus, en référence aux figures 2, 3 et 4, le dispositif de rotomoulage suivant comporte également des moyens de refroidissement du moule (5). Lesdits moyens de refroidissement du moule (5) consistent dans une enceinte fermée (18) coiffant le moule (5), solidaire du second cadre (4), et comprenant sur sa paroi inférieure un ventilateur (19) soufflant de l'air entre la paroi intérieure de l'enceinte (18) et la paroi extérieure du moule (5) et sur sa paroi supérieure un évent (20) permettant l'échappement de l'air chaud. Ledit évent (20) présente une forme sensiblement oblongue et s'étend dans la partie centrale de l'enceinte (18). Il va de soi que l'enceinte (18) pourra comporter plusieurs évents (20) de formes quelconques sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, il est bien évident que les moyens de refroidissement pourront consister dans tous autres moyens de refroidissement bien connus de l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention. REVENDICATIONS1 - Dispositif de rotomoulage comprenant au moins un bâti (1), un premier cadre (2) articulé audit bâti (1) autour d'un axe (3) sensiblement horizontal, un second cadre (4) articulé au premier cadre (2) suivant un axe (6) sensiblement horizontal et orthogonal à l'axe (3) d'articulation du premier cadre (2), des moyens d' entrainement du premier cadre (2) et du second cadre (4) autour de leurs axes (3,6) respectifs, au moins un moule (5) amovible apte à être solidarisé au second cadre (2), ledit moule (5) comprenant deux demi-empreintes (5a,5b) aptes à être solidarisées ensemble de façon amovible et étanche, et des moyens de chauffage dudit moule (5), caractérisé en ce que chaque demi-empreinte (5a,5b) dudit moule (5) est obtenu dans de l'acier dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 4 mm et en ce que la paroi extérieure de chaque demi-empreinte (5a,5b) comporte un câble chauffant (14) dont le diamètre est inférieur ou égal à 4 mm afin de procurer une température à l'intérieur du moule supérieure ou égale à 600°C. 2 - Dispositif de rotomoulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chaque demi-empreinte (5a,5b) dudit moule (5) est obtenu dans de l'acier dont l'épaisseur est égale à 3 mm. 3 - Dispositif de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) est solidarisé sur la paroi extérieure en formant un serpentin couvrant l'ensemble de la surface de chaque demi-empreinte (5a,5b). 4 - Dispositif de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) est solidarisé sur la paroi extérieure de chaque demi-empreinte (14) par un brasage à l'argent. 5 - Dispositif de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) est constitué d'une âme centrale (15) bimétallique noyée dans un isolant (16) minéral en poudre fortement comprimé et d'une gaine (17) en acier inoxydable austénitique.-11- 6 - Dispositif de rotomoulage suivant la revendication 5 caractérisé en ce que l'âme centrale (15) comporte deux fils obtenus dans du nickel et de chrome. 7 - Dispositif de rotomoulage suivant la revendication 6 caractérisé en ce que chaque fil de l'âme centrale (15) comporte 80% en poids de nickel et 20% en poids de chrome. 8 - Dispositif de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) présente un rayon de courbure minimal de 6 mm. 9 - Dispositif de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) présente un diamètre de 3 mm. 10 - Dispositif de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement du moule. 11 - Dispositif de rotomoulage suivant la revendication 10 caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement du moule consistent dans une enceinte (18) fermée coiffant le moule (5), solidaire du second cadre (4), et comprenant sur sa paroi inférieure un ventilateur (19) soufflant de l'air entre l'enceinte (18) et la paroi extérieure du moule (5) et sur sa paroi supérieure au moins un évent (20) permettant l'échappement de l'air chaud. 12 - Dispositif de rotomoulage suivant la revendication 11 caractérisé en ce que ledit évent (20) présente une forme sensiblement oblongue et s'étend dans la partie centrale de l'enceinte (18). 13 - Moule (5) comprenant deux demi-empreintes (5a,5b) aptes à être solidarisées ensemble de façon amovible et étanche, et des moyens de chauffage dudit moule (5), ledit moule (5) étant apte à être solidarisé sur un dispositif de rotomoulage comprenant au moins un bâti (1), un premier cadre (2) articulé audit bâti (1) autour d'un axe (3) sensiblement horizontal, un second cadre (4) articulé au premier cadre (2) suivant un axe (6) sensiblement horizontal et orthogonal à l'axe (3) d'articulation du premier cadre (2), des moyens d'entrainement du premier cadre (2) et du second cadre (4) autour de leurs- 12 - axes (3,6) respectifs, caractérisé en ce que chaque demi-empreinte (5a,5b) dudit moule (5) est obtenu dans de l'acier dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 4 mm et en ce que la paroi extérieure de chaque demi-empreinte (5a,5b) comporte un câble chauffant (14) dont le diamètre est inférieur ou égal à 4 mm afin de procurer une température à l'intérieur du moule supérieure ou égale à 600°C. 14 - Moule suivant la revendication 13 caractérisé en ce que chaque demi-empreinte (5a,5b) dudit moule (5) est obtenu dans de l'acier dont l'épaisseur est égale à 3 mm. 15 - Moule de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 13 ou 14 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) est solidarisé sur la paroi extérieure en formant un serpentin couvrant l'ensemble de la surface de chaque demi-empreinte (5a,5b). 16 - Moule de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 13 à 15 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) est solidarisé sur la paroi extérieure de chaque demi-empreinte (5a,5b) par un brasage à l'argent. 17 - Moule de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 13 à 16 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) est constitué d'une âme centrale (15) bimétallique noyée dans un isolant (16) minéral en poudre fortement comprimé et d'une gaine (17) en acier inoxydable austénitique. 18 - Moule de rotomoulage suivant la revendication 17 caractérisé en ce que l'âme centrale (15) comporte deux fils obtenus dans du nickel et de chrome. 19 - Moule de rotomoulage suivant la revendication 18 caractérisé en ce que chaque fil de l'âme centrale (15) comporte 80% en poids de nickel et 20% en poids de 30 chrome. 20 - Moule de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 13 à 19 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) présente un rayon de courbure minimal de 6 mm. 35- 13 - 21 - Moule de rotomoulage suivant l'une quelconque des revendications 13 à 20 caractérisé en ce que le câble chauffant (14) présente un diamètre de 3 mm.