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Procédé de moulage de matières plastiques, notamment prises sous forme de tissus, et produits obtenus.
La présente invention se rapporte au moulage des matières thermoplastiques et concerne plus particulièrement le moulage de nombreux articles formés d'une seule pièce à partir d'un plan en matière thermoplastique ou de tissus imprégnés d'une telle matière.
Jusqu'à présent, n fabriquait ces objets manufacturés à trois dimensions en assemblant de petits morceaux de tissus et en les cousant ensemble. Ces pièces séparées devaient être découpées selon des patrcns, sépa--
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rées et cousues les unes aux autres, toutes ces opéra- sations se faisantla nain, ce qui était évidemment une façon de procéder coûteuse et longue. De plus, quand ces épurations étaient terminées, on devait rejeter un pourcentage important d'objets finis par suite de fronces dans les coutures, de conformations superficielles incorrectes, etc.. Pour remédier à ces difficultés, on a mis au point de nombreux procèdes et techniques pour le moulage d'cbjets en matière thermoplastique.
Cependant, tous ces procédésse sent heurtés à des difficultés importantes quand il s'agis- sait de mouler des profils comportant des étirages profonds et des surfaces courbes. Le procédé usuel de fabrication d'objets comportant des étirages proiches et des surfaces courbes partir de matières thermoplestiques consiste à chauffer tout d'abcrd la matière thermoplastique à une température permettant de la déformer et, pendant que le tissu est chaud, à étirer la matière pour lui donner la forme désirée. Quand le formage est terminé, on laisse la matière faire prise en abaissant notablement la température.
De cette menière, on peut amener un tissu thermoplastique à la forme tridimensionnelle désirée, symétrique ou irré- gulière, qui est souvent nécessaire peur fabriquer des objets tels que les dessus de chaussures, des chapeaux, des bonnets de soutien-gorge, des jouets, etc..
Il est bien évident que pendant la mise en oeuvre d'un tel procédé, une contrainte plus élevée est exercée dans certaines zones du tissu que dans d'autres, en raison de l'application d'une fcrce ou tensicn plus élevée devant être suffisante pour obtenir la déformation maximum nécessaire à partir du plan initial
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de la matière. Par suite de l'application d'efforts inégaux dans les différentes parties du tissu, les produits terminés présentent généralement des différences d'aspect, particulièrement par suite de la présence de "grimaces" aux sommets des parties très étirées et sur les arêtes correspondantes. En outre, on observe des différences dans la main ainsi que dans la résistance des fibres par rapport à la zone cù la plus forte tension a été appliquée.
On obtient donc des articles meules présentant des points faibles, une diminution excessive de la densité du tissu et des déformations n'ayant pas un caractère permanent. Après avoir servi pendant quelque temps et avoir été nettoyés de la façon usuelle, ces objets perdent leur forme moulée.
En conséquence, les principaux buts de la présente invention sont : - de fournir un procédé peur la fabrication d'objets ayant des surfaces courbes ou anguleuses à partir de matières thermoplastiques, procédé à la fois moins onéreux et d'une exécution moins longue que ceux actuellement en vigueur ; - de fournir un procédé pour mouler des matières thermoplastiques en objets tels que des chapeaux, des jouets, des dessus de chaussures, des soutiens-gorge des fournitures d'ameublement et des accessoires pour garniture intérieure de voitures et, d'une façon générale, de tous objets devant avoir une surface courbe ; - de fournir un procédé de moulage d'objets présentant des surfaces courbes dans les trois dimensions, sans déformer de façon notable les tissus thermoplastiques et leur texture ;
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- de fournir un procédé de moulage d'objets présentant des surfaces courbes dans les trois dimen- sions à partir d'une pièce plate de matière thermoplastique, de façon à donner aux déformations un caractère sensiblement permanent ; - de fournir un procédé de moulage de tels objets, de façon à leur donner un aspect plus vrai, du fait que leurs détails sont plus fins et plus nets ; - de fcurnir un procédé de moulage d'objets présentant des surfaces courbes à partir de tissus traités avec une matière thermoplastique ; - de mouler à partir de matières thermoplastiques des objets présentant des surfaces courbes et des étirages profonds, sans produire de déformations notables dos matières thermoplastiques et do leur texture ;
- de mouler à partir de matières thermoplastiques des casquettes, des dessus de chaussures, des soutiens-gorge, des jouets tels que des ours, des chevaux, des éléphants, des voitures, etc... des costumes de bain, et - de plisser des tissus formés de matières hermoplastiqûes.
On atteint les divers buts de l'invention en chauffant d'abord la matière thermoplastique à son point de ramollissement afin qu'elle puisse être déformée facilement. Ce chauffage peut être effectué de plusieurs façons, par exemple en chauffant le moule lui-même ou en utilisant un élément chauffant amobile fournissant la chaleur directement à la matière thermoplastique.
Si le procédé de chauffage lui-même
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n'a pas d'importance particulière, il est, par contre, essentiel que dès que la matière a été portée à sa température de ramollissement ou de déformation, elle soit étirée rapidement sur le moule et, à ce moment, d'éloigner la source de chaleur: Aussitôt que la matière a été étirée sur le moule, cn presse immédiatement une membrane contre la matière thermoplastique en faisant agir une pression, par exemple le vide, de façon que la matière thermoplastique épouse facilement tous les contours et formes du moule en suivant exactement tous ses détails. Afin de faciliter le moulage de façon que tous les détails ressortent clairement, on peut utiliser en combinaison avec le vide un poinçon auxiliaire.
Dès que la matière thermoplastique chaude a été étirée sur le moule et que l'onfait agir le vide, on fait rapidement descendre le poinçon auxiliaire et on l'applique sur le contour du moule pour refouler la matières thermoplastique dans les portions courbes prononcées ou dans les coins que présente le contour du moule.
En fait, il serait préférable que l'étirage de la matière thermoplastique, l'applicaticn de la membrane presseuss et la descente du poinçon auxiliaire ne forment pratiquement qu'une seule et même opération ou s fassent simultanément. Lorsque la matière thermoplastique est bien moulée, elle commence à se refroidir dès qu'on a éloigné la source de chaleur. Pour faciliter ce refroidissement qui permet à la matière de faire prise sous forme moulée, on peut faire circuler de l'air froid sur la membrane. Lorsque la matière est suffisamment froide pour conférer un caractère permanent au moulage, on peut retirer le poinçon
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auxiliaire si un tel poinçon a été utilisé, et la membrane, et démouler la matière.
En vue d'accélérer la finition des objets moulés, on peut utiliser un outil de coupe dont la forme reproduit celle du contour du moule pour rogner la matière en excès en une seule passe, en faisant descendre cet outil sur l'objet moulé.
La matière à mouler est d'abord serrée par ses bords, de manière à la mettre sous une légère tension. Ensuite, on la chauffe à son peint de ramollissement qui est évidemment variable selon la nature de la matière thermoplastique utilisée,par exemple à 160 C pour une matière formée de 100 % de polyacrylonitrile, température à laquelle on peut procéder à son moulage par le procédé de l'invention. Pour le téréphtalate de polyéthylène, qui est un polyester, on chauffera à environ 227 C; peur la polyhexaméthylène adipamide, qui est une polyamide, on chauffera à environ 227 C, et pour le polyéthylène, qui est une oléfine, on chauffera à environ 72 C. Aux températures respectives indiquées, des fibres synthétiques peuvent être moulées de façon efficace.
Aussitôt que le point de ramollissement est atteint, on procède rapidement à l'étirage sur le moule de la matière maintenue dans snn châssis de serrage. Cette opération est, en général, effectuée en faisant descendre la matière sur le moule, bien que l'opération inverse, c'est-à-dire l'avancement du moule sur la matière, soit également possible. Lorsque la matière a été descendue sur le moule, on fait agir la pression sur une membrane ou à un diaphragme placé au-dessus du moule dans un dispositif de serrage, de telle façon que cette mem-
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brane recouvre complètement la matière et contribue à la refouler suivant toutes les courbes et dans les angles du moule.
Cette pression peut être créée à l'aide du vide, ce qui oblige d'utiliser un appareil de moulage étanche à la pression* Dans ce but, on peut supporter le moule dans un porte-moule en ferme de caisson en ménageant un espace entre le moule et le bord du caisson, de façon que le vide créé par une pompe à vide ou par tout autre moyen usuel disposé au-dessous du caisson exerce une traction vers le bas sur l'ensemble du moule et de la membrane, qui doit être imperméable à l'air nu à tout autre fluide utilisé pour appliquer cette pression sur la membrane. Au lieu d'un serrage par le vide, on pourrait recourir à une pression supérieure à la pression atmosphérique, par exemple en comprimant de l'air ou tr.ut autre fluide au-dessus de la membrane, afin de la refouler en contact étroit et total avec la matière à mouler.
Le porte-moule, le châssis maintenant la matière thermoplastique, le châssis du diaphragme ou de la membrane et tut autre appareillage nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé, peuvent tous être enfermés dans une enceinte étanche à la pression pendant le dérculement des opérations selon l'invention. Une telle enceinte peut être réalisée par un moyen classique quelconque permettant de créer une zone étanche à la pression, par exemple, en serrant un couvercle sur les bords du caisson porte-moule. Il est évident que le moule, son support, le tissu et la membrane définissent une znne étanche à la pression au-dessous du meule, si bien que la pression atmosphérique exerce une pression de haut en bas sur le mule quand on fait
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agir le vide au-dessous de celui-ci.
Lorsque la pièce de matière thermoplas- tique chauffée à son point de ramollissement a été amenée sur le moule, sa déformation lui faisant épouser la forme exacte du moule est pratiquement instantanée.
On laisse la matière moulée pendant un faible laps de temps, par exemple une minute ou moins sur le moule, afin qu'elle prenne de façon pratiquement permanente la forme exacte du moule par refroidissement. De l'air peut être envoyé sur la face de la membrane pour contribuer au refroidissement, ou encore on peut utiliser un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau froide ou tout autre liquide froid, qu'on pulvérise sur la membrane recouvrant le tissu. Le refroidissement de la matière moulée maintient la déformation de cette dernière de façon permanente. Il n'y a pas de durée exacte pendant laquelle la matière doit rester sur le moule. Cette durée varie selon la densité de la matière, la nature de la matière thermoplastique utilisée et le genre d'objet fabriqué.
Suivant la valeur de l'étirage à, ef- fectuer sur le moule, un poinçon auxiliaire peut se révéler nécessaire pour déformer la matière thermoplastique afin qu'elle épouse exactement les angles et les courbes du moule. Ce poinçon auxiliaire a, en général, le même contour que le moule et on le fait descendre sur la surface supérieure de la membrane presque simultanément avec la mise en place de la membrane sur la matière à mouler. Par exemple, lorsqu'on moule des objets qui doivent avoir un périmètre bien défini et précis, tels que des dessus de tabourets en tissu, un tel poinçon auxiliaire est indispensable.
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Dans la description ci-dessus, le moule dont il est question est une pièce mâle, cependant, ce moule peut être une pièce femelle coopérant avec un moule mâle, la première se substituant alors au poinçon auxiliaire, quand un tel poinçon est nécessaire, ou vice versa. En d'autres termes, 1 'invention n'est pas limitée à l'utilisation du seul moule mâle, mais peut être utilisée également avec un moule femelle, selon la profondeur désirée de l'étirage.
Pour réaliser une économie de temps dans la fabrication d'un objet terminé à partir d'une matière moulée de façon permanente, on peut utiliser une lame coupante pour éliminer en une seule opération l'excès de matière sur le moulage en donnant à cette lame le ccntour du moule.
La membrane ou diaphragme de l'invention peut être une mince feuille de caoutchouc vulcanisé, une feuille en caoutchouc de silicone, ou tout autre feuille mince, pliable, imperméable à l'air qui ne risque pas d'être endommagée par la pression du fluide ou par la chaleur nécessaire à chauffer la matière thermoplastique jusqu'à son point de ramollissement.
Cette membrane peut être serrée avec la matière thermoplastique que l'on chauffe à son point de ramollissement et, ensuite, les deux feuilles sont étirées de concert sur le moule en une seule opération.
La matière thermoplastique utilisée dans le procédé de l'invention peut être un tissu tricoté, tissé, ou un tissu dit "non tissé". On peut aussi utiliser un tissu non thermoplastique, tel que le coton imprégné d'une résine thermoplastique. Parmi les ma-
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tières thermoplastiques utilisables pour la mise en oeuvre de la présente invention, il y a lieu de mentionner les matières acryliques qui sont des fibres dans lesquelles la substance fibrogène est un polymère synthétique à longue chaîne, compose d'au moins 85 % en poids de groupes acrylonitrile + CH2-CH + par
CN exemple un terpolymère contenant approximativement, en poids, 86 % d'acrylonitrile, 7 % d'acétate de vinyle et 7 % de 2-méthyl-3-vinylpyridine ;
un mélange de 68% en prids d'un copolymère contenant approximativement en poids 94 % d'acrylonitrile et 6 % d'acétate de vinyle, avec 12 % en poids d'un ccplymère contenant en poids 50 % d'acrylonitrile et 50 % de 2-méthyl-5-vinylpyridine ; une composition contenant en poids au moins 90 % de polyacryloniqutroile et de 2 à 10 % de poly-N- vinyl-pyrrolidone ; un copolymère contenant en pids au moins 92 % d'acrylonitrile et jusqu'à 8 % de méthacrylate ;
un copolymère composé en pids d'au moins 94 % d'acrylonitrile et jusqu'à 6 % d'acétate de vinyle les matières modacryliques qui sont des fibres dans lesquelles la substance fibrogène est un polymère synthétique à longue chaîne, composé de moins de 85 %, mais d'au moins 35 % en poids de groupes acrylonitrile + CH2-CH + ;
les polyesters qui sont dos fibres
CN dans lesquelles la substance fibrogène est un polymère synthétique à longue chaîne, compose d'au moins 85 % en poids d'un ester d'un di-alcool et d'un di-acide, par exemple, le téréphtalate de polyéthylène et l'adipate de pcly-tétrahydrohydroquinone ;
des polyamides qui sont des fibres dans lesquelles la substance
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fibrogène est une polyamide synthétique quelconque à longue ,chaîne présentant des groupes amide + C-NH +
O récurrents, faisant partie intégrante de la chaîne du polymère, connue par exemple la pclyhexaméthylène adi- pamide et le polycaprolactame et des cléfines qui sont des fibres dans lesquelles la substance fibrogène est un polymère synthétique quelconque à langue chaîne contenant au moins 85 % en poids de groupes éthylène, propylène ou d'une autre oléfine. On peut non seule- ment utiliser ces fibres synthétiques seules, mais aussi sous forme de mélanges, par exemple des mélanges de fibres acryliques et de polyesters.
On peut égale- ment mélanger les fibres synthétiques précitées avec des fibres naturelles telles que le coton, le lin etc..
Le rapport pondéral dans ce mélange peut varier depuis une valeur aussi faible que 5 % de matière thermoplas- tique sans qu'il y ait de maximum étant donné qu'une matière contenant 100 % de matière thermoplastique se meule exceptionnellement bien par le crésent procédé.
On a décrit le procédé sous ferme de procédé discontinu ; cependant, on peut tout aussi bien l'utiliser sous forme semi-continue ou continue.
Dans ce cas, on place la matière à mouler sur un rcu- leau à l'extérieur de l'appareil de meulage, et elle est entraînée dans l'appareil et en sort de l'autre côté lorsque chaque opération de moulage est achevée.
Les exemples non limitatifs suivants montreront bien comment l'invention peut être mise en oeuvre.
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EXEMPLE 1 :
On place un morceau de tissu thermcplas- tique, composé de fibres contenant 94 % d'acrylonitri- le et 6 % d'acétate de vinyle, dans un châssis où on le met sous faible tension, enserrant ses bords sur le châssis. On dispose le châssis au-dessus du moule, les bords du châssis ayant la même dimension que celles du caisson dans lequel le meule est monté, de façon à ne pas toucher les bords du caisson, ni son fond, afin que l'on puisse faire le vide sur toute la périphérie du moule. Le moule lui-même est percé sur toute sa surface de petits trous afin que la matière à mouler puisse être amenée à épouser chaque contour du moule.
On place un élément chauffant au-dessus du tissu et on le porte à une température de 160 C. La température est déterminée à l'aide d'un pyromètre à termocouple.
Aussitôt que cette température est atteinte, on en- lève l'élément chauffant et on fait rapidement des- cendre le tissu chauffé avec son châssis sur le moule.
Presque simultanément on fait descendre une mince feuille de caoutchouc montée dans un châssis ayant les mêmes dimensions que le châssis perte-tissu et que le caisson porte-moule, sur la surface supérieure du tissu chaud. De cette façon, les bords des châssis maintenant le tissu et la feuille de caoutchouc,res-- pectivement, s'ajustent étroitement sur les:bords du caisson porte-moule, en formant une enceinte étanche à la pression. Dès que ces bords sont correctement placés, on fait le vide dans le fond du caisson portemoule, à lraide d'une pompe à vide, ce qui a pour effet de forcer la fouille en caoutchouc sur le tissu afin'que celui-ci épouse tous les contours du moule,
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jusqu'au moindre détail.
La pression étant ainsi ap- pliquée par le vide, on fait immédiatement descendre un poinçon auxiliaire sur la surface supérieure de la feuille en caoutchouc. Le contour de ce poinçon est le même que celui du moule. Ces trois actions, c'est-à- dire la descente du tissu sur le moule, la mise en place de la feuille de caoutchouc et la descente du poinçon auxiliaire, se produisent de façon pratique- ment simultanée. Dès que les opérations indiquées ci- dessus sont achevées, on souffle de l'air sur la sur- face supérieure de la feuille de caoutchouc peur faci- liter le refroidissement du tissu et lui permettre do faire prise en gardant la forme qui lui a été donnée.
On poursuit le refroidissement pendant environ une mi- nute ou, éventuellement, un peu plus ou un peu moins.
Ensuite, on retire le pcinçon auxiliaire ainsi que la feuille ou membrane de caoutchouc, et cn fait descendre sur le tissu moulé un nutil de cupe ayant le contour du meule, de façon à détacher d'un seul coup toute la matière en excès et obtenir l'objet a sa forme défi- nitive.
On peut utiliser ce procédé pour la fa- brication des deux moitiés d'un jcuet représentant un ours, de casquettes, de dessus de chaussures, de des- sus de tabourets, de soutiens-gorges do pièces courbes pour ameublement, de garnitures intérieures courbes de voitures, etc.,.. Tous ces objets présentent des parties étirées fortement et des angles vifs; Les fibres dans le tissu moulé aux points de la plus grande tension, c'est-à-dire aux angles vifs et aux sommets des parties fortement étirées /'ne présentent pas.' @
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d'affaiblissements ou de déformations notables.
L'ours a un aspect très naturel et vrai, notamment des genoux renflés, un ventre bien rond et des fesses bien formées.
EXEMPLE 2 :
On opère comme il a été décrit à l'exemple 1, sauf que le morceau de tissu thermoplastique est formé de fibres contenant 100 % de téréphtalate de polyéthylène et qu'il est chauffé à 227 C puis moulé.
On forme ainsi une série d'objets très différents, tels que le devant et l'arrière d'un ours, des casquettes, des dessus de chaussures, des dessus de tabourets, des soutiens-gorge,des fournitures d'ameublement, des costumes de bain, des garnitures intérieures de voitures, etc...
EXEMPLE 3 :
On opère comme dans l'exemple 1, sauf que la matière thermoplastique utilisée est composée de fibres contenant 100 % de polyéthylène et qu'on la chauffe à 72 C pour la mouler et obtenir les divers objets mentionnés à l'exemple 1.
EXEMPLE 4 :
On opère ainsi qu'il est décrit à l'exemple 1, sauf que la matière thermoplastique utilisée est composée de fibres contenant 100 % de polyhexaméthylène adipamide, que l'on chauffe à 227 C et qu'on moule pour former les divers objets mentionnés
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en poids, 50 % de pclypropylène et 50 % de téréphtalate de polyéthylène, et qu'on le chauffe à 165 C pour le mouler et obtenir les divers objets mentionnés à l'exemple 1.
EXEMPLE 6 :
On opère ainsi qu'il est décrit à l'exemple 1, sauf que le morceau de tissu à mouler est composé, en poids, de 50 % de coton et de 50 % de polyacrylonitrile que l'on chauffe à 170C pour le mouler et obtenir les divers objets mentionnés à l'exemple 1.
EXEMPLE 7 :
On opère comne décrit à l'exemple 1, sauf que le morceau de tissu à mouler est formé de coton enduit de 10 % en poids de polyacrylonitrile et qu'on le chauffe à 170 C pour le mouler et obtenir les divers objets mentionnés à l'exemple 1.
Ainsi, pour la première fis, le procède selon l'invention permet de produire des objets moulés de façon permanente à partir d'une matière plane, sans affaiblir nu déformer de façon appréciable les fibres à leurs points de plus grande tension.
Des objets nécessitant des étirages profonds, tels que l'enveloppe d'un ours en tissu, ont pu être produits sans qu'on nbserve de changement de la main du tissu pendant le moulage, ni de réduction de la résistance des fibres, Il ne se produit pas de "grimace" du tissu au points de tension maximum dans les objets comportant des étirages profonds. Les objets produits par ce procédé conservent leur forme et leur stabilité après de nombreux lavages et nettoyages.
Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux modes de mise en oeuvre qui ont été
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décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans que l'en sorte pour cela du cadre de la présente invention.