Brevet FR3032242A1 — publié le 20160805

-1- MACHINE DE COULEE ET DE PROJECTION DE RESINE BI COMPOSANT La présente invention décrit une technologie de pompe bi composant ou monocomposant utilisée pour la coulée ou la projection d'une résine bi composant sans solvant. Cette résine peut être de la famille des résines époxides, polyuréthannes, polyurées, méthacrylates, polyester. Ces résines peuvent avoir une haute réactivité, et une DPU (Durée Pratique d'Utilisation) très courte. Il n'est ainsi pas possible de les appliquer avec une pompe mono composant classique, les résines durcissant dans la pompe avant de pouvoir être projetées ou coulées. Ce type de résine est mis en oeuvre actuellement par projection à l'aide d'une 10 pompe connue sous le nom de « pompe airless » (marque déposée) bi composant haute pression. Cette technique présente les difficultés et inconvénients suivants : Machines nécessitant une haute qualification du personnel (électricité, mécanique, électronique), qualification que n'ont pas en général les 15 entreprises de pose de résine. Machines nécessitant un grand soin et un entretien constant pour garantir son bon fonctionnement (coûteux) et délicates de fonctionnement (pompes à pistons avec clapets qui peuvent rester ouverts par exemple, créant des écarts de dosage, aux conséquences graves, la résine projetée 20 n'étant pas réticulée au bon dosage), moteur à air comprimé actionnant la pompe, mais qui peut geler et se bloquer en cours de projection, etc... Machine fonctionnant à haute pression (de 100 à 350 bars), nécessitant un équipement et des tuyaux résistant à la haute pression avec risque d'éclatement de raccords, de sertissages, de tuyaux. 25 Ces machines utilisent en général une tête de mélange et un mélangeur statique situé à la sortie de la tête de mélange, avec ensuite un seul tuyau arrivant au pistolet de projection. Dans cette configuration, il est nécessaire en fin d'application de rincer la tête de mélange, le mélangeur et le tuyau relié au pistolet avec une pompe poussant du solvant de nettoyage dans la 30 tête de mélange pour éviter le durcissement de la résine Machines lourdes, encombrantes, nécessitant de grandes longueurs de tuyaux car les machines ne peuvent être rapprochées suffisamment du lieu d'application. -2 3032242 Avant projection de la résine, des protections complètes des locaux doivent être faites pour éviter la salissure des murs et équipements par les aérosols créés en cours de pulvérisation de la résine. Ces protections doivent ensuite être déposées à la fin du chantier. 5 Le débit maximum de projection est d'env. 5 l/mn. Machines coûteuses (de 40 à 60 KE environ) Pour des applications de revêtement de sol, ou d'étanchéité horizontale (toitures terrasses par exemple), la présente invention décrit une machine de technologie très simple d'emploi, très fiable, de faible encombrement, de 10 grand débit, et fonctionnant à basse pression (10 bars à 45 bars). La technologie utilisée est celle des pompes à vis d'ARCH1MEDE. Ce type de pompe est largement utilisé dans de nombreux domaines - industrie, usines alimentaires, pharmacie, stations d'épuration etc...- et permet d'effectuer le transfert de produits liquides, visqueux, pâteux etc... Un premier brevet pour 15 ce type de pompe a été déposé par M. MOINEAU, et ces pompes sont actuellement fabriquées en France par la société PCM. L'absolue régularité du débit en cours de pompage n'est pas un critère d'importance pour ce type d'application. Ces pompes toutefois n'ont jamais été associées à la conception d'une machine 20 bi composant, permettant de projeter des résines à 2 composants. La régularité du débit des pompes est en ce cas essentielle, et des conditions très strictes pour garantir la régularité du débit doivent être prises, telles que par exemple, chauffage des composants à une température constante pour maintenir constante la viscosité, et alimentation des pompes sous une pression 25 constante, par des pots à pression par exemple. Une régulation de la vitesse de rotation des pompes peut également être réalisée à l'aide d'un débitmètre installé sur le tuyau de sortie de la pompe, qui transmet les informations nécessaires au moteur électrique réglant la vitesse de rotation des pompes. Le descriptif de la machine objet de la présente invention est le suivant : 30 - La pompe est constituée de 2 pompes, une pour chaque composant, utilisant le principe des vis d'Archimède (par exemple pompes MOINEAU) : -3 3032242 Ces pompes n'ont pas de clapets, et le débit des pompes est uniforme et régulier, garantissant ainsi la constance du dosage des composants (Fig.1). Ces pompes sont actionnées par des moteurs électriques (fig.1-1) L'alimentation des pompes est faite à partir de pots à pression, ce qui 5 garantit une alimentation régulière des pompes ou par des pompes de gavage qui peuvent également être à vis, ou de manière plus classique à pistons (fig.1-2). La température des composants est maintenue constante par préchauffage des composants dans les pots à pression avec régulation de la température. Cela permet de conserver une viscosité constante des produits, et de garantir ainsi l'uniformité du débit dans chaque pompe. Les deux composants sont reliés à une tête de mélange (Fig.1-3) qui peut être classique (en métal) mais aussi jetable en polypropylene par exemple (possible en raison de la basse pression de la pompe). Le mélangeur est un 15 mélangeur statique (fig.1 - 4) qui peut être en métal ou en polypropylene jetable. Le tuyau transportant le produit mélangé est ensuite relié à un râteau en polypropylene jetable (fig.1-5) comportant des buses de coulée réparties sur la largeur du râteau. Le râteau peut également être en aluminium, et réutilisable. Ce râteau peut avoir idéalement une largeur de 20 10 cm à 50 cm selon le type de travaux à effectuer. Le nombre de buses de coulées situées sur le râteau peut être de 10 unités à 100 unités. Le nombre de buses de coulée peut ainsi assurer un écoulement régulier en débit sur toute la largeur du râteau, et également permet d'obtenir une finition de la résine appliquée complétement plane et auto lissante. 25 L'emploi de pièces en polypropylene est possible car l'application se fait à basse pression. En fin de journée, la tête de mélange, le mélangeur et le râteau de coulée sont jetés. Le lendemain un nouveau jeu de pièces sera mis en place, gagnant ainsi beaucoup de temps de nettoyage nécessaire pour la 30 technique classique de pompe bi composant HP. En cours d'application, en cas de nécessité d'interruption de l'application, le nettoyage de la tête de mélange, mélangeur et râteau se fait simplement en coupant le fonctionnement de la pompe du durcisseur. Seul le composant résine sera poussé dans le système de mélange et de coulée, rinçant ainsi le système. 35 -4 3032242 Le débit peut être très élevé, de l'ordre de 10 1/mn à plus de 27 l/mn, assurant ainsi une grande vitesse d'exécution des travaux. Il n'y a aucune projection de résine, ni nécessité de protection des locaux, et il n'y a aucune nuisance dans les locaux causée par le solvant de 5 nettoyage. Le fonctionnement de cette machine se faisant à l'aide de moteurs électriques, il est très facile de réguler les vitesses de rotation des pompes pour obtenir et maintenir un débit et un dosage constant. Si le débit varie, le dosage sera maintenu constant en actionnant la vitesse de rotation des pompes. Il est également très facile de changer le rapport de dosage des composants, en réglant la vitesse de rotation des pompes, s'il est nécessaire de mettre en oeuvre une résine à dosage différent. La même machine peut être utilisée pour projeter la résine par pulvérisation pour revêtir des murs ou des réservoirs par exemple. Pour cette utilisation, il sera utilisé un pistolet connu sous le nom de « pistolet airmix » (marque déposée), avec alimentation d'air au pistolet, qui permet de pulvériser la résine avec une pompe à faible pression (10 à 45 bars par exemple). En choisissant des pompes à faible débit, cette machine bi composant basse pression peut également permettre la projection électrostatique de résines bi 20 composant sans solvant. La configuration générale d'une machine de projection électrostatique d'une résine ou peinture liquide est la suivante : Pompe poussant par des tuyaux les composants de la résine jusqu'à une tête de mélange 25 Générateur électrostatique portant la résine à un voltage de quelque 50 Kv à 100 kv pour charger électriquement les particules de résine ou de peinture projetée. Dispositif de mélange et de projection, qui classiquement peut être réalisé par un mélangeur et une buse d'atomisation, ou un bol de pulvérisation de 30 la résine (fig 2-1) ou de la peinture actionné par un moteur pneumatique ou électrique (fig 2-2). -5- 3032242 De manière classique, les peintures en phase solvant, mono composant ou bi composant, sont couramment utilisées depuis plus de 50 ans pour la projection électrostatique des peintures, par exemple pour peindre les carrosseries automobiles. Ces peintures solvantées sont à faible viscosité, peu réactives, et 5 peuvent donc être projetées avec une pompe monocomposant classique (par exemple pompe à engrenage, ou pompe à piston). Dans le cas de la projection électrostatique de résines bi composant, plusieurs technologie de pompes peuvent classiquement être considérées : - Pompes à engrenage 10 - Pompes à pistons - Pompes à membranes Une des contraintes demandée aux pompes est d'assurer une parfaite régularité de débit des composants, et un débit faible (de 400 cc/mn à 11/mn par exemple), car le fonctionnement d'une projection électrostatique d'une 15 résine liquide demande la création d'un brouillard de particules très fines chargées électriquement qui se déposera sur le support à protéger en suivant les lignes de champ électrique, le support étant relié à la terre. Le critère essentiel de qualité d'une résine bi composant projetée est son parfait dosage qui garantit la qualité de la résine, le dosage devant être 20 constant tout au long de la mise en oeuvre. Les technologies de pompes précédemment décrites ont toutes été testées, mais si elles peuvent effectivement permettre la réalisation d'essais concluants, elles ne peuvent être utilisées dans un équipement destiné à des applications industrielles. En effet, ces technologies de pompe demandent des 25 mises au point, réglages, nettoyages etc... fréquents qui ne sont pas admissibles pour une application en usine. Exemples : Pompe à engrenage : les composants des résines peuvent avoir des charges minérales dans leur composition, et parfois des cristaux très durs 30 venant par exemple de la réaction d'un composant (le durcisseur) avec l'humidité de l'air ambiant. Ces charges ou cristaux, avec le temps - et même parfois très rapidement - rayent les engrenages créant des fuites -6 3032242 internes modifiant le rapport de dosage requis. Il est alors nécessaire de constamment réétalonner le débit des pompes à engrenages pour conserver la bonne proportionnalité du dosage, et généralement il est nécessaire de les remplacer fréquemment. 5 Pompes à piston : il est difficile de conserver un débit régulier avec ce type de pompe, car au moment de l'inversion du mouvement des pistons dans les cylindres, pendant un temps court (quelques secondes), la pression ne sera pas équilibrée dans les pistons, créant un écart de dosage de la résine projetée, et ce à chaque mouvement d'inversion des pistons. 10 Pour cette raison, cette technologie n'est pas adaptée à une projection électrostatique à faible débit. Pompes à membrane : les pompes à membranes pulsent, et n'ont donc pas un débit uniforme. Pour pouvoir utiliser cette technologie, il est nécessaire de fonctionner avec 2 pompes à membranes sur chaque circuit d'un 15 composant, pompes commandées par un ordinateur, l'une se remplissant pendant que l'autre se vide, de manière à conserver la somme du débit des 2 pompes constant. Cette technologie a été testée, et fonctionne, et ne présente par les problèmes précédemment décrits de fuite interne possible, ou d'irrégularité de débit au cours du mouvement des pompes. Cette technologie est par contre complexe, et nécessite de nombreux raccords et clapets, qui créent des problèmes de cristallisation dans les clapets du durcisseur avec l'humidité de l'air ambiant, principalement lorsque la machine est à l'arrêt (le week-end par exemple), et nécessite un entretien par nettoyage fréquent. Pour ces différentes raisons, les technologies de pompes classiquement utilisées pour la projection de résines bi composant ne sont pas utilisables pour des installations industrielles, le matériel nécessitant un fonctionnement continu avec un minimum de réglage ou maintenance. La technologie de pompes objet de la présente invention présente cependant un intérêt tout particulier pour son emploi dans une technique de machine à 2 composants pour projection électrostatique en raison des caractéristiques suivantes propres à cette technologie de pompes : - Absence de clapets à l'alimentation et au refoulement de la pompe. - Débit uniforme et absence de fuites internes : la vis contient plusieurs chambres délimitées par les spires de la vis, et s'il y a une rayure sur une -7 3032242 partie du stator de la pompe dans une « chambre », cause de fuite interne, qui est un problème impossible à résoudre pour les pompes à engrenages par exemple, la résine est malgré tout poussée par la résine des chambres antérieures ne créant ainsi pas de variation de débit de la pompe. 5 Cette technologie est donc d'une grande simplicité et nécessite un minimum d'entretien. La régularité du débit sera en outre assurée en réglant la température des composants à une température constante pour assurer une constance de la viscosité, et l'alimentation de la pompe sera assurée par un réservoir contenant 10 le composant à température constante, et sous pression (par exemple 0, 3 à 1 bar) de manière à assurer en permanence une alimentation régulière de la pompe. Le débit de la pompe peut en effet varier légèrement selon la viscosité du composant. Le débit d'une pompe sera réglé par la vitesse de rotation du moteur électrique 15 entrainant la pompe, et dans le cas d'une machine bi composant, la vitesse de rotation des 2 pompes sera réglée de manière à obtenir le rapport de dosage des 2 composants requis. La plage de débit acceptable pour une projection électrostatique de la résine est de 0,21à 1,51/mn maximum. La technique de projection de résine bi composant à haute réactivité objet de 20 présente invention est également d'un grand intérêt pour la mise en oeuvre de résine à l'intérieur de canalisations de faible diamètre à l'intérieur d'immeubles pour leur réhabilitation. En effet, ces canalisations transportent les eaux usées (sanitaires, machines à laver, douches etc...) ou l'eau potable et sont raccordées aux réseaux extérieurs aux immeubles. Après un certain 25 nombre d'années (50 - 70 ans par exemple), ces canalisations nécessitent une réhabilitation (elles sont souvent fissurées, obstruées, percées etc..). Le même problème existe avec les canalisations de gaz, qui, lorsqu'elles deviennent poreuses ou sont fissurées, présentent en outre un danger pour la sécurité de l'immeuble. 30 Il existe deux solutions techniques pour la réhabilitation de ces canalisations : Soit remplacement des canalisations par des canalisations neuves : cela nécessite de casser les cloisons de salles de bains, de cuisines etc... -8- 3032242 Un tel traitement est très onéreux, et crée une longue immobilisation des appartements pour faire les travaux. D'autres techniques de réhabilitations de canalisations in situ existent, en collant par exemple une « chaussette » (manche en matériau synthétique, 5 polyester par exemple) à l'intérieur de la canalisation. Cette technique présente cependant des difficultés de pose, en raison des coudes des canalisations, et des raccords entre canalisations, qui sont bouchées par la chaussette, et qui nécessite ensuite une intervention pour découper la chaussette en ces endroits. 10 Une autre technique couramment utilisée consiste à pulvériser la résine à l'intérieur de la canalisation par un bol tournant à grande vitesse, qui dépose la résine sur les parois de la canalisation par centrifugation. Cette technique utilisée aujourd'hui nécessite l'emploi d'une pompe airless bi composant haute pression, machine lourde et encombrante, qui est placée au bas de l'immeuble, 15 avec des tuyaux de parfois plus de 50 m de longueur pour accéder à l'appartement où doit se réaliser la prestation. Cet équipement est onéreux (plus de 70 000 E), mais surtout nécessite une équipe de pose de la résine fortement qualifiée, en raison de la haute technicité de ce type de pompe. Or les entreprises de pose qui sont en général 20 des plombiers, ne disposent pas en général de personnel aussi hautement qualifié dans une technologie qui leur est étrangère ! En outre, la communication entre l'opérateur de la pulvérisation de la résine dans l'appartement, et l'opérateur de la machine dans le camion en dehors de l'immeuble n'est pas aisée et peut être source de difficultés. 25 Pour pallier les difficultés précédemment exposées, nous proposons l'équipement suivant, qui est l'objet de la présente invention : Réalisation d'une machine bi composant utilisant le principe des pompes à vis d'Archimède : cette machine utilise des pompes à faibles débit (0,3 à 1I/mn maximum) et à basse pression (de 3 à 10 bars). Elle est d'un faible 30 encombrement (longueur des pompes env. 60 cm) et légère, pouvant ainsi aisément être manipulée dans des ascenseurs, et dans un appartement. Les composants de la résine alimentent directement un bol de pulvérisation tournant à grande vitesse (minimum 3 000 tr/mn jusqu'à -9 3032242 30 000 trs/mn) dans lequel se fera le mélange des composants, qui une fois mélangés sont pulvérisés sur les parois de la canalisation par la force centrifuge. La rotation du bol est obtenue par l'action d'un moteur pneumatique, ou électrique. Il est ainsi possible d'installer la machine directement dans l'appartement, avec des longueurs de tuyaux très courtes. Cette machine est très simple et ne nécessite pas de personnel spécialement formé à cette technologie. La formation peut être assurée en une journée. Elle est en outre très fiable, et ne présente pas de risque de 10 mauvais dosage lors de la mise en oeuvre. Le coût d'une telle machine est plus de 2 fois inférieur à celui des machines bi composants classiques (pompes HP à pistons) La même technologie de pompe à vis d'Archimède peut être utilisée pour la coulée ou la projection de résines appliquées en monocomposant (fig. 3). Dans 15 ce cas, les composants ne sont pas mélangés en phase liquide, et pompés dans la pompe monocomposant, car la résine durcirait dans la pompe. Pour permettre la projection de résine bi composant avec une pompe fonctionnant en monocomposant, il est nécessaire de séparer les 2 phases liquides des composants en une phase liquide qui est l'un des composants, 20 l'autre composant étant en phase solide après encapsulation du composant. L'un des composants encapsulé se trouve ainsi en suspension dans l'autre composant liquide (fig. 3 -1). Un exemple de cette technique est le suivant : Les résine polyurées ou polyuréthanne sont constituées de 2 composants, amines ou polyol et d'un durcisseur - isocyanate. 25 Il est possible de transformer les composants de la résine de la façon suivante : 1. Encapsulation du polyol ou des amines : granulométrie des capsules de 10g à 2 mm - Ces capsules sont dispersées dans l'isocyanate 2. Encapsulation de l'isocyanate : granulométrie des capsules de 10p. à 30 1MM - Ces capsules sont dispersées dans le polyol ou les amines. Le même principe peut être utilisé pour d'autres résines - époxy, polyester, métacrylates par exemple, l'un des composants étant encapsulé pour permettre l'application comme un mono composant. - 10 - 3032242 Une telle technique de résine monocomposant comportant une phase solide (composant encapsulé) dans une phase liquide (deuxième composant) ne peut être projetée avec une pompe classique (pompe à piston par exemple), car le fonctionnement des clapets de la pompe ferait éclater les capsules qui 5 réagiraient immédiatement avec le durcisseur, bloquant alors le fonctionnement de la pompe ! Le principe de la pompe à vis n'endommage en rien les capsules transportées, aucun clapet ou aucune contrainte mécanique ne s'exerçant sur le liquide et donc les capsules transportées. Cette technologie est par exemple utilisée pour 10 le transport de poissons lorsqu'il s'agit de vidanger des bassins d'élevage de poissons, ou dans l'industrie alimentaire pour le transport de dispersion de yaourt chargé de fraises, sans endommager les fraises. Pour pouvoir projeter ensuite la résine, il est nécessaire d'éclater les capsules pour que le composant encapsulé se libère et réagisse avec l'autre composant. 15 L'éclatement des capsules peut se réaliser de diverses façons : Par ultra sons (technique utilisée en médical pour l'éclatement des cailloux dans les reins) Par pression mécanique forte : par exemple le fluide passe par des filtres à mailles plus serrées que la taille des capsules, et la pression exercée par le 20 fluide sur le filtre crée l'éclatement des capsules. Par broyage des capsules avec un mélangeur dynamique (fig3-2) : le mélangeur dynamique comprend plusieurs roues posées en superposition (parfois plus d'une dizaine), ces roues sont percées pour permettre le passage des liquides et sont actionnées par un moteur pneumatique ou 25 électrique (fig3-3). La vitesse de rotation des roues créent un broyage des capsules, et également le mélange des 2 composants. Par broyage des capsules par des roues à engrenage, puis mélange des composants dans un mélangeur statique. 30 La résine mélangée est ensuite projetée ou coulée de manière classique. Avec une telle technologie, il est ainsi possible de projeter une résine bi composant comme une résine mono composant, ce qui simplifie considérablement la technologie de mise en oeuvre (une seule pompe 5 10 15 -11 3032242 nécessaire, pas de réglage de rapport de dosage à effectuer, pas d'alimentation par pots à pression, ni de préchauffage des composants etc...) REVENDICATIONS1. Machine bi-composant pour la coulée ou la projection de résines bi composant polyuréthanes, polyurées, époxides, métacrylates ou polyester caractérisée en ce que les pompes véhiculant les composants sont des pompes à vis d'Archimède. 2. Machine bi-composant selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'alimentation des pompes est effectuée à partir de pots à pression de 0,3 à 1 bar 3. Machine bi-composant selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que les composants des pots à pression sont maintenus à température constante. 4. Machine bi-composant bi composant selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisée en ce que la résine est coulée par l'intermédiaire d'un râteau en polypropylene ou aluminium comportant un ensemble de 10 à 100 buses de coulée. 5. Machine bi-composant selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisée en ce que la pression est basse, notamment de 3 à 10 bars et en ce que la résine est projetée par centrifugation dans un bol tournant à grande vitesse actionné par un moteur pneumatique ou électrique. 6. Machine bi-composant selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisée en ce que la résine est pulvérisée à basse pression à l'aide d'un pistolet connu sous le nom de « pistolet airmix » (marque déposée). 7. Machine bi-composant selon les revendications 1, 2, 3, 5 incluant un générateur électrostatique de 50kv à 100kv et qui sont les parties intégrantes d'une machine de projection électrostatique de résines bi composants sans solvant. 8. Machine bi-composant selon la revendication 1 utilisée pour la coulée ou la projection de résine bi composant dont un composant est en phase liquide, et l'autre en phase solide, par exemple liquide encapsulé 9. Machine bi-composant selon la revendication 1 qui pousse la résine constituée par une phase solide et liquide à travers une pompe à engrenage ou un mélangeur dynamique pour briser les capsules et libérer le deuxième composant.