Brevet FR3080570A1 — publié le 20191101

Description Titre de l'invention : Article de traçage souple et procédé de fa- brication d'un article de traçage souple [0001] La présente invention se rapporte aux articles de traçage souples, tels que règles, équerres ou rapporteurs. De tels articles de traçage sont utilisables dans le milieu scolaire, dans le milieu professionnel ou dans tout autre contexte. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un article de traçage souple. [0002] Appliquées à des instruments de traçage, utilisables dans le milieu scolaire, dans le milieu professionnel ou dans tout autre contexte, les caractéristiques mécaniques du polychlorure de vinyle (PVC) souple permettent d'obtenir un produit non seulement incassable mais également très ludique, car aisé à déformer mais reprenant toujours sa forme initiale (on parle de mémoire de faune). Sa souplesse est caractérisée par un module de flexion typiquement proche de 400 MPa, et sa densité est proche de 1.4. Sa structure 100% amorphe permet également une excellente transparence. La forte polarité du motif de répétition du PVC (due à la liaison carbone-chlore) donne également à ce matériau une tension de surface élevée (de l'ordre de 42 mN/m), permettant une bonne tenue de l'encre appliquée en surface à des fins de décoration, selon des techniques telles que la sérigraphie ou la tampographie. Enfin, ce matériau est peu onéreux. [0003] Cependant, sa nature halogénée peut entrainer des dégagements de gaz corrosifs, tel que l'acide chlorhydrique, lors de certaines phases de production (en cas d'arrêt de production par exemple). Le caractère corrosif de ces gaz a également tendance à détériorer l'outil industriel, malgré l'utilisation de machines spécialement traitées, et à être nocif pour l'environnement et le personnel en charge de la mise en oeuvre. [0004] De plus, sa fin de vie peut être problématique, avec des difficultés rencontrées lors de son recyclage ou de sa valorisation énergétique. [0005] En outre, le PVC est un matériau pouvant être fortement décrié pour la nocivité des composants qui peuvent rentrer dans sa composition, notamment les phtalates, utilisés comme plastifiants. Au cours du temps, ils peuvent migrer et se déposer en surface (phénomène d'exsudation) des objets souples en PVC. [0006] Enfin, la précision des caractéristiques dimensionnelles des produits injectés dans ce matériau, telles que la rectitude et l'équerrage, est difficile à maîtriser. [0007] On retrouve ainsi d'un côté des instruments de traçage souples réalisés en PVC, et de l'autre des instruments plus rigides, réalisés en polymère thermoplastique sans caractère élastomérique ni plastifiants, tels que le polystyrène dit PS cristal, atteignant 2 des modules de flexion compris entre 1 et 3.5 GPa. Les produits les plus souples de cette catégorie sont typiquement réalisés en polypropylène dit PP, caractérisés par une densité d'environ 0.9 et un module de flexion proche de 1 GPa. Ces derniers offrent une moins bonne transparence que le PVC (car ils sont légèrement cristallins), ils sont plus difficiles à marquer, et enfin, même s'ils sont incassables, ils n'offrent pas le même effet de souplesse et de « mémoire de forme ». Leurs caractéristiques dimensionnelles telles que la rectitude et l'équerrage sont également plus simples à maîtriser. [0008] Un des buts de la présente invention est de proposer un article de traçage offrant les mêmes caractéristiques mécaniques que le PVC plastifié, sans utiliser de substances potentiellement nocives pour l'environnement et le milieu industriel tels que des phtalates ou des éléments halogénés, tout en améliorant les caractéristiques dimensionnelles, et ce pour un prix comparable à celui du. PVC. [0009] A cet effet, l'invention a pour objet un article de traçage souple, tel qu'une règle, une équerre ou un rapporteur, caractérisé en ce qu'il comporte un corps plat réalisé par un mélange comprenant d'une part, un polypropylène et d'autre part, un matériau comportant un segment rigide comportant une base polyoléfine et un segment souple comportant une base polyoléfine thermoplastique élastomère. [0010] L'article de traçage souple est « incassable » et ludique, car aisé à déformer et présentant une très bonne mémoire de forme. [0011] Le mélange de thermoplastiques d'un polypropylène et d'un matériau de type po- lyoléfine thermoplastique élastomère dit TPO ou TPE-O permet de faciliter la mise en forme du corps plat. Il est alors possible d'obtenir des caractéristiques dimensionnelles, telles que la rectitude et l'équerrage, précises pour les articles de traçage souples. [0012] Grâce à cette composition, on peut produire un article de traçage souple, notamment par injection plastique ou extrusion, présentant des caractéristiques mécaniques similaires à celles du PVC plastifié sans utiliser de substances potentiellement nocives pour l'environnement et le milieu industriel tels que les phtalates ou les éléments halogénés, tout en améliorant les caractéristiques dimensionnelles, et ce pour un prix comparable à celui du PVC. [0013] La base polyoléfine du segment rigide peut être un polypropylène. [0014] La base polyoléfine thermoplastique élastomère du segment souple peut être un éthylène-propylène. [0015] Le mélange du corps plat peut également comporter des additifs et/ou des charges. Les additifs peuvent comporter des agents de glissement, de brillance et/ou agents nucléants. Les charges peuvent comporter des nacres ou paillettes. [0016] La masse volumique du mélange peut être inférieure à 0.95 g/cm3, et plus particu- lièrement inférieure à 0.9 g/cm3. [0017] La masse volumique du matériau peut être inférieure à 0.95 g/cm3, telle que 3 comprise entre 0.86 g/cm3 et 0.88 g/cm3. [0018] La masse volumique du polypropylène est inférieure à 0.95 g/cm3, telle que comprise entre 0.85 g/cm3 et 0.94 g/cm3. [0019] La masse du matériau comportant un segment rigide et un segment souple représente par exemple entre 20% et 80% de la masse totale du mélange, tel qu'entre 30% et 50% de la masse totale du mélange, tel que de l'ordre de 40% de la masse totale du mélange. La masse du polypropylène et le cas échéant, des additifs et/ou charges, représente les pourcentages restants du mélange. [0020] Un mélange dont la masse du matériau de type TPO représente 40% de la masse totale du mélange permet d'obtenir une bonne flexibilité et une bonne transparence de l'article de traçage souple pour un prix acceptable. [0021] L'article de traçage souple peut comporter, rapporté au corps plat sur l'une ou sur les deux faces, une graduation et/ou un motif inscrits par sérigraphie, tampographie, impression par jet d'encre, marquage à chaud ou gravure chimique ou laser. [0022] L'article de traçage souple peut comporter, rapporté sur l'une ou sur les deux faces, une feuille en polypropylène qui est imprimée avec au moins une graduation et/ou au moins un motif. [0023] L'aspect du corps plat peut être translucide ou opaque. [0024] L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un article de traçage souple tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que : [0025] on réalise d'abord un mélange de thermoplastiques comprenant d'une part, un poly- propylène et d'autre part, un matériau comportant un segment rigide comportant une base polyoléfine et un segment souple comportant une base polyoléfine thermoplastique élastomère, et [0026] on forme un corps plat d'article de traçage souple par injection plastique ou extrusion du mélange. [0027] D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que sur les figures annexées qui représentent une forme d'exécution de réalisation non limitative de l'invention et sur lesquelles [0028] Figure lA montre une vue en perspective d'un article de traçage souple, ici une règle, posé à plat. [0029] Figure 1B montre l'article de traçage souple de la Figure lA déformé, ici par- tiellement enroulé sur lui-même. [0030] Figure 2 montre une représentation schématique partielle et agrandie d'une molécule d'un matériau de type TPO. [0031] Figure 3 montre une représentation schématique d'un organigramme de procédé de fabrication d'un article de traçage souple. [0032] Figure 4A montre une vue en perspective d'un autre exemple d'article de traçage 4 souple posé à plat. [0033] Figure 4B montre l'article de traçage souple de la Figure 4A déformé. [0034] Figure 5A montre une vue en perspective d'un autre exemple d'article de traçage souple posé à plat. [0035] Figure 5B montre l'article de traçage souple de la Figure 5A déformé. [0036] Sur ces Figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. [0037] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes .de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. [0038] On désigne par « base », un motif élémentaire d'un polymère thermoplastique, également appelé unité de répétition (ou « repeat unit » en anglais). [0039] Une matière thermoplastique désigne une matière qui se ramollit d'une façon répétée lorsqu'elle est chauffée au-dessus d'une certaine température, mais qui au-dessous, redevient dure. Une telle matière conservera toujours de manière réversible sa thermoplasticité initiale. [0040] Les Figures lA et 1B représentent un article de traçage souple 1, ici une règle graduée, posée à plat (Figure 1A) et dans une position déformée (Figure 1B). [0041] L'article de traçage souple 1 comporte un corps plat 2, ici en forme de plaque en bande, qui, posé à plat, permet notamment un traçage et/ou un report et/ou une mesure linéaire. [0042] L'article de traçage est souple (ou flexible) avec mémoire de forme, c'est-à-dire qu'il peut se déformer sans casser sous l'exercice d'une contrainte et reprendre sa forme initiale une fois la contrainte supprimée. [0043] Le corps plat 2 est réalisé par un mélange comprenant d'une part, un polypropylène (dit PP) et d'autre part, un matériau de type TPO ou TPE-O (pour élastomère thermoplastique oléfine). [0044] Le matériau de type TPO comporte un segment rigide 3 (ou « hard segment » en anglais, pouvant également être désigné par « semi-cristallin » ou « cristallin ») comportant une base polyoléfine et un segment souple 4 (ou « soft segment » en anglais, pouvant également être désigné par « matrice amorphe ») comportant une base polyoléfine thermoplastique élastomère (Figure 2). [0045] La base polyoléfine du segment rigide 3 du matériau est par exemple un poly- propylène. [0046] La base polyoléfine thermoplastique élastomère du segment souple 4 est par exemple un éthylène-propylène. La souplesse du matériau est apportée par les segments éthylène présents dans les zones amorphes du matériau (Figure 2). [0047] Le mélange du corps plat 2 peut comporter en outre des additifs et/ou des charges. Les additifs peuvent comporter des agents de glissement, de brillance et/ou nucléants. Les charges peuvent comporter des nacres ou paillettes. [0048] L'article de traçage souple I est « incassable » et ludique, car aisé à déformer et présentant une très bonne mémoire de forme. Le module de flexion est inférieur à 500 MPa, tel que compris entre 300 et 400 MPa. [0049] Le mélange de thermoplastiques d'un polypropylène et d'un matériau de type TPO permet de faciliter la mise en forme du corps plat 2. Il est alors possible d'obtenir des caractéristiques dimensionnelles, telles que rectitude et équerrage, précises pour les articles de traçage souples 1. [0050] Pour cela, au cours du procédé de fabrication 100 d'un article de traçage souple 1, on réalise d'abord un mélange de thermoplastiques comprenant d'une part, un polypropylène et d'autre part, un matériau comportant un segment rigide 3 comportant une base polyoléfine et un segment souple 4 comportant une base polyoléfine thermoplastique élastomère TPO (étape 101 du procédé de fabrication 100 d'un article de traçage souple 1 sur la Figure 3). [0051] Des additifs et/ou des charges peuvent être ajoutés au mélange. [0052] Puis, dans une deuxième étape 102 du procédé de fabrication 100, on forme le corps plat 2 de l'article de traçage souple 1 par injection plastique ou extrusion du mélange (Figure 3). [0053] Les atomes constituants les macromolécules du mélange de thermoplastiques sont uniquement de nature carbone et hydrogène. L'absence d'halogène (contrairement au PVC) empêche les réactions comme les dégagements d'acides toxiques (HCJ par exemple) dues à la forte réactivité chimique de ces éléments. [0054] La miscibilité entre le matériau de type TPO et le polypropylène ne provoque pas de phénomène additionnel de diffusion de la lumière (contrairement à un mélange PPTPE) et peut même améliorer la transparence en perturbant la cristallinité du polypropylène. [0055] La masse volumique du mélange est de préférence inférieure à 0.95 g/cm3 et plus particulièrement inférieure à 0.9 g/cm3. [0056] La masse volumique du polypropylène est inférieure à 0.95 g/cm3, telle que comprise entre 0.85 g/cm3 et 0.94 g/cm3. [0057] La masse volumique du matériau de type TPO est par exemple inférieure à 0.95 g/ cm3, telle que comprise entre 0.86 g/cm3 et 0.88 g/cm3, telle que de l'ordre de 0.865 g/cm3 ou telle que de l'ordre de 0.876 g/cm3 ou telle que de l'ordre de 0.879 g/cm3. [0058] La masse du matériau de type TPO représente par exemple entre 20% et 80% de la masse totale du mélange, tel qu'entre 30% et 50% de la masse totale du mélange, tel 6 que de l'ordre de 40% de la masse totale du mélange. La masse du polypropylène et, le cas échéant, des additifs et/ou charges, représente les pourcentages restants du mélange. La masse des additifs et charges représente par exemple un maximum de 5% de la masse totale du mélange. [0059] Un mélange dont la masse du matériau de type TPO représente 40% de la masse totale du mélange permet d'obtenir une bonne flexibilité et une bonne transparence de l'article de traçage souple 1 pour un prix acceptable. [0060] Grâce à cette composition, on peut produire un article de traçage souple 1 par injection plastique ou extrusion, présentant des caractéristiques mécaniques similaires à celles du PVC plastifié sans utiliser de substances potentiellement nocives pour l'environnement et le milieu industriel tels que les phtalates ou les éléments halogénés, tout en améliorant les caractéristiques dimensionnelles, et ce pour un prix comparable à celui du PVC. [0061] Le corps plat 2 de l'article de traçage souple 1 peut présenter un aspect translucide ou opaque. [0062] L'article de traçage souple 1 peut être marqué, sur l'une ou sur les deux faces, d'une graduation 5 et/ou un motif 6, ici des inscriptions, par exemple inscrits par dépose d'encre, tel que par sérigraphie, tampographie ou impression jet d'encre ou par marquage à chaud, l'encre étant « incrustée » dans la matière, ou encore par gravure chimique ou laser. [0063] Des étiquettes surmoulées peuvent également être utilisées pour le marquage et la dé- coration. [0064] Selon un exemple de réalisation, l'article de traçage souple 1 comporte, rapporté sur l'une ou sur les deux faces, une feuille en polypropylène qui est imprimée avec au moins une graduation 5 et/ou au moins un motif 6. [0065] L'encre de la graduation 5 et/ou du motif 6 peut être prise en sandwich entre le corps plat 2 et la feuille. La feuille imprimée peut être rapportée contre la face inférieure du corps plat 2 s'il est transparent ou translucide ou contre la face supérieure s'il est opaque. La feuille imprimée en polypropylène est compatible avec le mélange du corps plat 2 sur lequel il est rapporté, ce qui facilite son adhésion. [0066] La graduation 5 et/ou le motif 6 peut être imprimé sur la face externe de la feuille en polypropylène, la face externe pouvant être recouverte d'un film protecteur thermoplastique, tel qu'en polypropylène d'épaisseur inférieure à celle de ladite feuille ou d'un vernis protecteur. [0067] La feuille imprimée avec les graduations 5 et/ou motifs 6 peut être réunie de manière permanente au corps plat 2 par surmoulage. [0068] Bien que les Figures 1 A et 1B illustrent un article de traçage souple 1 de règle graduée, d'autres formes d'articles de traçage souple 1', 1" sont possibles, telle qu'une 7 équerre (Figures 4A et 4B) pour laquelle le corps plat 2' présente une forme de plaque triangulaire ou tel qu'un rapporteur (figures 5A et 5B) pour lequel le corps plat 2" présente une forme de plaque en demi-disque qui, posé à plat, permet notamment un traçage et/ou un report et/ou une mesure d'angle. 8