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PROCEDE DE MOULAGE DES MATIERES PLASTIQUES ET DE FABRICATION DE
PRODUITS STRATIFIES.
La présente invention concerne, d'une manière générale, le moulage des matières thermoplastiques et la fabrication de produits stratifiés sous l'action de la chaleur et d'une faible pression.
On a obtenu jusqu'à présent les articles façonnes en matières thermoplastiques par moulage par injection ou par compression, mais ces procé- dés-nécessitent une installation importante, de très hautes pressions et des cycles de fabrication de longue durée. Tous ces facteurs augmentent le prix de revient et diminuent le taux de production.
L'invention se propose,de façon générale, de réaliser un procédé de moulage des matières thermoplastiques et de fabrication de produits stra- tifiés sous faible pression, permettant d'obtenir une cadence élevée de fabri- cation en utilisant des pressions peu élevées, d'utiliser éventuellement la contre-dépouille, de faire des pièces fines et permettant un démoulage rapide de l'article moulé,
Le procédé de façonnage d'articles en matières thermoplastiques selon l'invention consiste à appliquer une pellicule formée d'une matière thermoplastique, choisie parmi la classe comprenant les dérivés thermoplasti- ques de la cellulose et les résines thermoplastiques, contre un moule friable formé par un sel solide dont le point de fusion est supérieur, de préférence, d'au moins 25 à celui de la matière thermoplastique à mouler,
a chauffer la matière thermoplastique, pendant qu'elle est au contact du moule, à une tempé- rature sensiblement supérieure à celle de son point de fusion, puis à refroidir l'article moulé pendant qu'il est ainsi appliqué sur son moule et à séparer l'article du moule.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de la dite invention.
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La fig. 1 représente, sous forme schématique, le trajet suivi par la matière au cours d'un mode de réalisation du procédé suivant l'invention.
La fig. 2 est une coupe transversale d'un article moulé au contact du moule.
La fig. 3 est une coupe verticale d'une deuxième forme du moule.
La fig. 4 est une coupe longitudinale d'une troisième forme du moule.
La fig. 5 est une coupe verticale schématique d'un appareil utilisé pour le moulage continu d'une matière thermoplastique.
La fig. 6 est une coupe de l'une des auges utilisées pour le revê- tement dans l'appareil de la fig. 5.
La fig. 7 est une coupe transversale d'une partie du tambour de 1' appareil de la fig. 5.
La fig. 8 est une élévation latérale avec coupes partielles d'une forme de réalisation du dispositif utilisé pour la production de tubes en con- tinu.
La fig. 9 est une coupe transversale d'un des tubes ainsi obtenus.
Le procédé peut être utilisé pour fabriquer des produits stratifiés et pour mouler aussi bien des dérivés thermoplastiques de la cellulose que les résines thermoplastiques, le terme "résines thermoplastiques" utilisé dans la présente description comprenant non seulement les résines qui sont thermoplas- tiques de fagon permanente, mais aussi les résines thermo-durcissables pendant qu'elles sont à l'état thermoplastique.
Les exemples suivants sont donnés à titre indicatif et ne doivent pas être considérés comme limitant le cadre de l'invention :
EMI2.1
<tb> Dérivés <SEP> de <SEP> la <SEP> cellulose, <SEP> tels <SEP> aue <SEP> Point <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> les <SEP> esters <SEP> et <SEP> les <SEP> éthers.
<SEP> ramollissement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (oC)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 100-1500 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 200-300 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acéto-butyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 50-200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ethyl-cellulose <SEP> 120-150
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Benzyl-cellulose <SEP> 120-150
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> thermoplastiques
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Polyvinylcarbazol <SEP> 230-240 <SEP> C
<tb>
EMI2.2
Polyvinyl-formal 100-120
EMI2.3
<tb> Polyvinyl-acétal <SEP> 100-120
<tb>
<tb>
<tb> Polyvinyl-butyral <SEP> 140
<tb>
<tb>
<tb> Caoutchouc <SEP> chloré <SEP> 125-200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Polymère <SEP> de <SEP> tétrafluoro-éthylène <SEP> 200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines
<SEP> à <SEP> base <SEP> d'oléfines <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> d'anhydride <SEP> sulfureux <SEP> dites <SEP> "Thickol" <SEP> 180
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> de <SEP> chlorure <SEP> de <SEP> vinylidène <SEP> 120
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Polydichlorostyrène <SEP> 120
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> nylon <SEP> 250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> de <SEP> méthylmétacrylate <SEP> 120
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Polystyrolène <SEP> 90-110
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Copolymères <SEP> d'acétate <SEP> de <SEP> vinyle <SEP> et <SEP> de <SEP> chlorure
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> vinyle <SEP> 100-110
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Caoutchouc <SEP> vulcanisé <SEP> 90-120
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Polyéthylène <SEP> 105-125
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> silicones <SEP> 200-250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> de <SEP> polyesters <SEP> (ester <SEP> méthylique <SEP>
de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> l'acide <SEP> abiétique) <SEP> 100-125
<tb>
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EMI3.1
Résines thermo--durcissables Point de ramollissement
EMI3.2
<tb> (à <SEP> l'état <SEP> termoplastique) <SEP> ( <SEP> o )
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phénol-furfural <SEP> 100-150 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phénol-formaldéhyde <SEP> 100-150
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mélamine-formaldéhyde <SEP> 100-150 <SEP> ,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> alkydes <SEP> 100-150
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résines <SEP> allyles <SEP> (polymères <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> l'alcool <SEP> allylique) <SEP> 100-150
<tb>
Il est évident que, pour obtenir une fusion homogène de ces matiè- res thermoplastiques,
il ne suffit pas d'amener simplement leur température aux points de ramolissement indiqués dans le tableau ci-dessus. Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on effectue le moulage de ces matières dans des conditions telles que la température est portée, pendant le moulage, à 25 au moins au-dessus du point de fusion de la matière plastique particuliè- re à mouler. Par exemple, pour mouler un copolymère de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle dont le point de rampllissement est compris entre 100 et 1100 C, on chauffe le moule à une température de 280 , de façon à fondre réel- lement le copolymère de vinyle pendant un court laps de temps au cours de l'o- pération de moulage. En opérant une fusion effective de la matière plastique, on peut'réduire la durée du moulage à quelques secondes.
La matière thermoplastique se trouve au début, c'est-à-dire avant le moulage, sous la forme d'une pellicule préformée, comme par exemple une pellicule ayant la forme de films, rubans, bandes, tubes sans couture et arti- cles à paroi mince.
On peut ajouter à la matière thermoplastique, soit avant, pendant ou après sa transformation sous forme de pellicule, un plastifiant compatible convenable, des agents de ramollissement, des matières colorantes ou destinées à produire un effet décoratif et-, dans le cas de résines thermo-durcissables, un catalyseur convenable destiné à faciliter le durcissement.
La matière thermoplastique peut être combinée avec un élément de renforcement tel qu'une matière rigide céramique ou métallique ou avec un élé- ment souple tel qu'une couche, tube ou fil de métal, de bois souple, de tissu, de papier, de feutre et de matières analogues. Dans le mode préféré de réalisa- tion, ces renforcements deviennent.partie intégrante de l'article moulé au cours du moulage mais, dans certains cas, ils peuvent en être séparés aprés le moulage.
Pour mouler la matière thermoplastique conformément au procédé de l'invention, on choisit un sel minéral dont le point de fusion est supérieur à celui de la matière thermoplastique qu'on désire mouler. Etant donné que la plupart de ces matières se ramollissent suffisamment pour fondre à des tempé- ratures comprises entre 90 et 350 C, on utilisera, de préférence, les sels dont le point de fusion est compris entre 100 et 650 . Selon une deuxième car - téristique de l'invention, on chauffe la-matière thermoplastique, tandis qu'el- le est au contact du sel, ce dernier étant à l'état solideou étant ramené à cet état pendant que la matière thermoplastique est déformable.
La masse du sel détermine la forme définitive de la pellicule thermoplastique et la dite matiè- re est ensuite refroidie, tandis qu'elle est au contact de la masse de sel qui lui donne sa forme. C'est pourquoi on choisit les sels minéraux utilisés pour le moulage de matières thermoplastiques parmi ceux dont les points de fusion sont compris entre 100 et 650 , tels par exemple que ceux indiqués dans le ta- bleau I ci-dessous
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TABLEAU:! .
EMI4.1
<tb>
Matière <SEP> du <SEP> moule. <SEP> Point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> (oC)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Orthophosphates <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Palmitate <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 112,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Stéarate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 125
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrate <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 129
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Palmitate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 138
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Formiate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 167,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tétra-écétate <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 175
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Stéarate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 179
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 185
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Palmitate <SEP> de <SEP> lithium <SEP> 224,
5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 292
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 306
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrite <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 387
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 561
<tb>
Conformément aux principes de l'invention, on peut choisir un sel ayant la température convenable de fusion parmi ceux indiqués dans le tableau ci-dessus. On peut obtenir des températures intermédiaires en mélangeant en proportions diverses des sels à bas point de fusion avec des sels à point de fusion élevé. De préférence, on utilisera des mélanges car ils donnent des moules possédant une structure cristalline à grains plus fins et ils per- mettent ainsi de mieux reproduire les détails.
Dans le mode le préféré de réalisation, ôn utilise, un mélange de nitrite de sodium, de nitrate de sodium et de nitrate de potassium dont le point de fusion peut être compris entre 280 et 635 C en faisant varier les proportions des ingrédients.
On va décrire maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un pro- cédé de moulage d'un tube souple renforcé, obtenu au moyen d'un mandrin for- mant moule. En se reportant à la fig. l, on fabrique d'abord un moule, prin- cipal 10 qui est de préférence constitué en deux pièces, comme représenté, de telle sorte qu'on peut, au besoin, employer la contre-dépouille. De pré- férence, ce moule est en un métal non corrodable, de manière qu'il puisse être utilisé de façon répétée pour obtenir les moules temporaires et friables en sels minéraux. Ce moule est représenté au stade "A" du schéma de la fige 1. Au stade "B",le moule métallique 10 est fermé et l'on introduit dedans un tube creux 9 en métal, dont le diamètre est inférieur à la cavité du moule.
On verse ensuite le sel fondu contenu dans un récipient il, entre le tube intérieur 9 et le moule. Puis on laisse refroidir le moule jusqu'à ce que le sel se solidifie. On ouvre ensuite le moule 10 et on enlève le moule en sel 12. Au stade "C", on assemble en position relative convenable la ma- tière thermoplastique et le moule en sel. Pour réaliser un tube souple en matière thermoplastique, par exemple en résine vinylique, on découpe celle-ci en longues bandes 13 et 13a. En se reportant à la coupe transversale repré- sentée à la fig. 2, on enroule deux de ces bandes en spires se recouvrant autour du moule cylindrique en sel 12.
En munissant ce moule de nervures 14 ou autres irrégularités superficielles:, on peut faire suivre à ces bandes 13 et 13a les irrégularités en enroulant de façon serrée par-dessus les ban- des un certain nombre de fils élastiques 15, tels par exemple que des fils métalliques, ou en matière plastique ou des mono-crins en matières dont le point de fusion est plus élevé que celui des matières plastiques à mouler, par exemple des mono-crins en polyéthylène, en nylon ou en vinyon.
Le tube consiste en matière plastique, pourvu de ses fils de renforcement 15, est maintenu sous pression sur le moule au moyen d'un re- vêtement extérieur appliqué serré, formé en enroulant en spirale sur le tube des bandes 16; 16a en une matière non thermoplastique, telle qu'une feuille métallique, de la cellulose régénérée, etc.. Ce revêtement sert également à conformer la matière plastique qu'elle entoure à la forme générale du moule
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et à la maintenir en place lorsqu'elle fond.
Au stade "D", l'ensemble du tube plastique et du moule est soumis, de préférence, à un chauffage préalable de façon à porter la température de la matière thermoplastique à un point voisin de son point de fusion. A cet effets l'ensemble du moule et de la matière plastique peut passer à travers un four de chauffage 17, chauffé par un moyen habituel quelconque.'
Au stade "E", on plonge le tube portant les''enroulements-de matiè- re plastique dans un bain 18 d'un liquide échangeur de chaleur, le bain pé- nétrant également à l'intérieur du tube 9. Ce liquide peut être soit une masse fondue de sels minéraùxfondant à des températures situées, de préféren- ce, au-dessous du point de fusion du moule en sel 12, soit des fluides d'é- change de la chaleur dits "Dowtherm", ou des silicones,
de l'huile minérale, tc... peuvent également convenir à cet effet des fluides métalliques tels que le plomb fondu, le mercure, etc.... Par suite de la grande vitesse d'é- change de chaleur et du fait que la matière thermoplastique a subi un chauf- fage préalable, il suffit que le moule 12 reste dans le liquide d'échange de chaleur pendant un temps très court, par exemple de l'ordre de 10 secondes à une minute. Dans ces conditions, les bandes thermoplastiques 13 et 13a sont rapidement chauffées à leur point de fusion, moment auquel les surfaces contiguës à recouvrement sont soudées de fagon autogène ou fondent ens-emble en enrobant les fils 15. Ces derniers deviennent, par suite, emprisonnés de façon permanente dans le tube moulé,dont ils forment partie intégrante.
La bande de serrage 16 sert à maintenir en place les bandes plastiques, ' mais le poids du fluide échangeur de chaleur qui presse contre l'extérieur du tube plastiquer tandis que ce tube est à l'état fondu, provoque l'écoulement de la matière plastique qui épouse toutes les caractéristiques superficielles du moule 12, ainsi qu'on le voit en se reportant à la coupe transversale 11 de la fig. 1.
Le fluide échangeur de chaleur chauffe le tube intérieur 9 jusqu'à ce que fonde le sel du moule voisin de ce tube. Par suite, on peut retirer le tube 9 juste à la fin du cycle de moulage et avant que le sel ne se soli- difie à nouveau.
On enlève ensuite le moule du liquide échangeur de chaleur et on le dirige, de préférence, vers un stade "F" de refroidissement. Au cours 'de ce stade, la matière thermoplastique prend une forme sensiblement rigide et permanent épousant les caractéristiques superficielles du moule. On peut procéder à cette opération de plusieurs façons. Dans le procédé représenté à la fig. 1, un moyen simple consiste à frapper des coups secs sur le tube, ce qui provoque la désagrégation en particules P'du moule en sel, particules que l'on fait sortir du tube en le secouant. Lorsque ce moule est creux et à paroi relativement mince, on peut le désagréger par torsion.
On peut éga- lement procédér à cette séparation en,dissolvant le sel dans un solvant con- venable tel que l'eau et, lorsqu'on utilise ce moyen, on peut également utiliser le solvant pour le refroidissement, de telle sorte qu'on peut oombi- ner les stades "F" et "G".
La coupe "H" montre, à grande échelle, un tube terminé, dans lequel on remarque que les fils 15 sont enrobés dans la paroi du tube, tandis que les deux couches de pellicule plastique sont soudées ensemble autour des fils.
La structure arquée comprise entre les fils est permanente du fait qu'elle a été obtenue par fusion et solidification de la matière plastique.
A titre d'exemple, en supposant que les bandes 13 et 13a sont for- mées de pellicules en résine polyvinylique de 0,2 mm d'épaisseur et que le tube a un diamètre de 7,5 cm, on peut obtenir un moulage satisfaisant en plon- geant le moule portant les bandes plastiques dans un bain de sel fondu à 1880 pendant 30 secondes..
Pour mouler un récipient (voir fig. 3), on applique une pellicule plastique 21 sur la surface extérieure 22 d'un moule 20 en sel préformé et enfermé dans un moule métallique 23 divisé dans le sens de la longueur. On verse un liquide 24 échangeur de chaleur à l'intérieur du moule en sel ;
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leliquide chauffe simultanément la matière plastique au-dessus de son point de fusion et lui fait épouser la forme d'un moule en sel. A la fig. 4, on introduit à l'intérieur d'un moule en sel 28 un tube en matière plastique 33 présentant un fond 31 et l'on amène un liquide 34 échangeur de chaleur au contact de la face extérieure du moule et à l'intérieur du tube 33.
Lorsque la matière plastique se ramollit, elle se dilate de manière à épouser la for- me du moule('en sel et, lorsque le sel liquide 34 contenu à l'intérieur du tube se refroidit, la matière se solidifie et conserve la forme du moule.
On va décrire maintenant deux modes de réalisation du procédé de fabrication en continu.
Pour coller ensemble plusieurs feuilles, dont l'une au moins est thermoplastique, on peut utiliser l'appareil représenté à la fig. 5. Une couche 40 de tissu, disposée entre deux pellicules de matière plastique 41 et ±la, est conduite sur un cylindre tendeur 42, puis sur un tambour chauffé 43 dont la surface est rainurée comme représenté à la figure 7.
Du tambour 43, les feuilles M passent au-dessus d'une plaque rainurée 44 sur des cylin- dres tendeurs 45, 45a et 45b pour s'enrouler sur un cylindre 46. La tension exercée sur les feuilles les fait se conformer aux ondulations du tambour 43. Les feuilles subissent un chauffage préalable sur le secteur P, puis elles sont fondues par contact avec le sel fondu contenu dans une auge 47.
Une auge 47a dépose une deuxième couche de sel fondu. Les feuilles sont refroidies dans la zone R dans laquelle le sel est solidifié,par de l'air froid soufflé par des hottes 49 et 50. La matière plastique traverse les mailles de la couche 40 de tissu. Les feuilles sont refroidies au contact de la couche 52 de sel solide, comme il est représenté à la fig. 7, conser- vant ainsi la forme ondulée. Par suite des changements de direction produits par les cylindres 45a et 45b prévus dans le trajet des matières en feuilles, la couche de sel friable est réduite en morceaux. Le sel fondu est fourni par un réservoir chauffé 55, par l'intermédiaire d'un conduit 56.
Les auges 47 et 47a sont chauffées par des tubes de vapeur 57 et chacune des auges comporte une paroi souple 58 prévue tout le long de l'auge et portant contre les feuilles enroulées sur le tambour 43, comme on le voit à la fig. 6.
Cette paroi souple peut être en une matière mince telle que le caoutchouc ou autre matière qui ne fond pas à la température du sel fondu. L'excès de sel déborde à travers un conduit 59. Le sel en morceaux est détaché par une brosse 53 et il est refondu dans le récipient 54 et refoulé dans le réservoir 55 au moyen d'une pompe 61.
La fig. 8 représente un dispositif pour la fabrication d'un tube par un procédé continu. Le sel fondu 66 provenant d'un réservoir chauffé 65 est refoulé pneumatiquement à travers un conduit calorifugé 67 et un mandrin de formation 68. Une pellicule de matière plastique provenant d'un cylindre 70 passe sous un rouleau tendeur 71 puis traverse un conformateur 69 du tube, ce dernier étant tiré vers le haut au moyen de rouleaux 72. Sur le tube plastique 76 on applique successivement une hélice de fil métallique 73 provenant d'une bobine 74, un ruban 78 en pellicule plastique provenant d'une bobine 77 et finalement un ruban 80 de cellulose régénérée se déroulant d'une bobine 81.
Au fur et à mesure que le tube composite T se dégage du mandrin 68, il est supporté par le tube intérieur 82 en sel qui se solidifie de façon continue dans le tube au fur et à mesure que ce dernier est tiré vers le haut. Le tube composite T traverse ensuite une chambre de refroidis- sement 84 et le sel 82 qu'il contient est mis en morceaux lorsque le tube se courbe en s'enroulant sur le cylindre 72. La fig. 9 représente le tube 85 terminé. La pellicule plastique 76 et les bandes plastiques 80 se sont soudées de manière à enrober l'hélice formée par le fil métallique 74.