Procédé pour éliminer la densification de
la base des blocs de mousse de polyuréthanne La présente invention se rapporte à un perfectionnement apporté à la fabrication des blocs de mousse de polyuréthanne. Elle concerne plus particulièrement la fabrication de blocs de mousse de polyuréthanne dépourvus de la base densifiée des blocs obtenus par
le procédé habituel.
Ainsi qu'il est bien connu, la mousse de polyuréthanne est une matière plastique qui a pris une importance croissante au cours de ces dernières années. Il s'agit d'un produit très universel qui trouve des applications dans des secteurs industriels très divers comme, par exemple, l'industrie automobile et l'industrie textile. En ce qui concerne l'Espagne, la répartition de la consommation de mousse de polyuréthanne est représentée par les pourcentages approximatifs suivants:
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La mousse de polyuréthanne est essentiellement le produit de la réaction d'un polyol et d'un polyisocyanate, qui constituent les ingrédients principaux.
La fabrication de cette mousse nécessite également d'autres produits tels que l'eau, des catalyseurs, activateurs, agents porogènes, colorants, etc. Ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art, il existe
une grande variété de mousses, en raison de la possibilité de modifier la nature des divers constituants qui rentrent dans sa composition ainsi que les proportions relatives de ces constituants. Parmi les caractéristiques sujettes à modifications suivant le choix des constituants et de leurs proportions, en peut noter la rigidité, la densité, la résistance à la dégradation, les propriétés de résistance à la traction, la dimension des cellules, etc. Parmi les paramètres qui entrent en jeu, les plus importants sont la nature du polyol et
du polyisocyanate ainsi que les proportions polyol/ polyisocyanate/eau/agent porogène.
A l'échelle industrielle, la mousse de polyuréthanne se présente sous forme de blocs. La longueur de ces blocs peut atteindre plus de 100 m, leur largeur est habituellement de 2m et leur hauteur varie entre
80 et 130 cm. La section transversale des blocs de mousse fabriqués par le procédé habituel est représentée sur la figure 1 des dessins annexés, que l'on décrira plus complètement dans la suite.
Indépendamment du type de mousse produit, un difficile problème que pose la fabrication des blocs consiste dans la densification qui se produit à la base de ces blocs. Cette densification se traduit par une perte importante de la matière terminée, due au fait que sa densité est nettement supérieure à celle du reste du bloc, tandis que ses caractéristiques mécaniques sont au contraire très inférieures.
Ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art, il est fréquent que le pourcentage de la zone densifiée atteigne 5% et même quelquefois 7% du poids total d'un bloc.
L'inconvénient de l'obtention de blocs de mousse à base densifiée est évident si l'on considère les facteurs suivants:
a) la quantité de matière première gaspillée, qui peut atteindre une importance considérable si l'on tient compte du fait que l'installation de taille moyenne de fabrication de mousse de polyuréthanne possède une capacité de production journalière supérieure à
20.000 kg ; b) les frais additionnels représentés par la nécessité de découper à l'aide de moyens mécaniques appropriés, de préférence de scies spécialement conçues pour cette opération, la couche superficielle densifiée de la mousse pouvant atteindre une longueur de plus de
100 m (la longueur du bloc), une largeur de 2 m et une épaisseur de 10 à 15 mm; c) la nécessité de commercialiser comme sousproduit la couche superficielle dense découpée;
d) étant donné que les constituants de la mousse sont en grande partie d'origine pétrochimique, il est facile de comprendre la nécessité d'économiser ces matières au maximum dans les circonstances actuelles de pénurie du pétrole et de ses dérivés.
Il ressort de ce qui précède que l'obtention de blocs dépourvus d'une base densifiée est hautement souhaitable pour l'industrie productrice de mousse de polyuréthanne.
Les problèmes et inconvénients énumérés plus haut sont résolus par le procédé suivant l'invention, qui permet d'obtenir un bloc dépourvu de zone densifiée, ce qui constitue une amélioration notable de l'utilisation des matières premières et une réduction substantielle du prix de revient de la fabrication.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que : (1) on fait fonctionner la bande sans fin du tunnel de formation de mousse de l'installation de fabrication pendant un temps compris entre 15 et 90 minutes, en même temps que l'on chauffe cette bande sans fin, de façon que la température superficielle du brin supérieur de la bande, qui constitue la sole du tunnel, passe de la température ordinaire à une tempé-
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le fonctionnement de la bande sans fin et l'on dépose sur cette bande une bande de matière continue, de préférence de papier, destinée à s'interposer entre la mousse et les plaques de la bande sans fin, et, aussitôt après, on commence à faire débiter par la tête de mélange et d'alimentation sur la partie amont de ladite bande sans fin le mélange de réactifs constituant la mousse, la température tombant pendant cette période
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bande sans fin en marche, on met en action des dispositifs débiteur et récepteur de la bande de matière continue qui recouvre la surface de ladite bande sans fin, en réglant en même temps la température de la surface du brin supérieur de la bande sans fin qui constitue la sole du tunnel, de manière que dans une première zone appelée zone de réaction, située dans la partie amont de la bande sans fin, cette température
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zone appelée zone de consolidation, elle prenne une autre valeur constante 'CI ces valeurs de la température étant constantes pour chaque type de mousse, le temps pendant lequel on entretient ces températures pour chaque type de mousse étant donné par la relation
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par un élément donné de la mousse pour traverser la zone de réaction, qui a une valeur fixe pour chaque type de
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mousse pour parcourir la zone de consolidation ; et (4) en ce que, après sa sortie du tunnel de réaction, en au moins une zone située en amont des transporteurs d'entraînement ou entre deux transporteurs d'entraînement ou au-delà du dernier des transporteurs d'étirage, le bloc en cours de formation subit un séchage qui intéresse sa partie inférieure, dans une zone appelée zone de séchage que l'on maintient à une température cons-
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franchissement de laquelle on extrait la bande de matière continue à laquelle reste collée une mince couche de mousse, de sorte qu'on obtient un bloc de mousse de polyuréthanne présentant une base dépourvue de densification et limitée par une surface uniforme qui n'exige pas d'opération de finissage.
La bande de matière continue est faite de papier ou d'une autre matière capable de supporter les hautes températures de la zone de séchage et possédant les caractéristiques de résistance appropriées.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description ciaprès, qui se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et sur lesquels:
- la figure 1 est une coupe transversale d'un bloc tel qu'on l'obtient par le procédé habituel;
- la figure 2 est une vue schématique de côté d'une installation de production de blocs de mousse de polyuréthanne dans laquelle l'invention est mise en oeuvre , et
- la figure 3 est un graphique représentant en ordonnée la température exprimée en [deg.]C et en abscisse le temps. Le segment horizontal 00' représente le temps pendant lequel, alors que la bande sans fin du tunnel
de production de mousse travaille à vide, un élément articulé de cette bande passe de la température ordi-
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ment de la bande, sur lequel la mousse est en cours de formation, demande pour traverser le tunnel. Fina-
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ment du bloc de mousse demande pour parcourir la distance séparant l'extrémité du tunnel de l'extrémité de la
zone de séchage.
On décrira ci-après en référence à la figure 2
le procédé classique de fabrication de blocs de mousse de polyuréthanne. Les parties essentielles de l'installation sont : un tunnel de production de mousse constitué par une bande transporteuse inclinée 1 composée
de plaques articulées P, le brin supérieur de cette bande constituant la sole du tunnel de formation de mousse. Les autres parties de ce tunnel sont formées
par les parois 5 et le toit T, la figure 2 montrant trois conduits pour l'évacuation des gaz qui se forment et/ou se dégagent pendant la réaction, comme le C02 et l'agent porogène. Dans la partie de l'installation située en amont du tunnel se trouve une tête de mélange
et d'alimentation MA dans laquelle les divers constituants de la mousse sont mélangés dans les proportions appropriées et se déposent sur la bande sans fin.
A la suite de la bande sans fin, dont le brin supérieur constitue la sole du tunnel, l'installation comporte plusieurs transporteurs d'entraînement, repré-sentes en 2 et 3 sur la figure 2, qui entraînent la mousse formée dans le tunnel jusqu'à un chemin de rouleaux fous 6, d'où le bloc de mousse E est envoyé au découpage et au stockage.
Sur les surfaces des transporteurs 1,2 et 3 défile une bande de matière continue de même largeur que les transporteurs et qui est interposée entre la masse de mousse E et la surface des transporteurs. Cette bande, qui se déroule d'un rouleau débiteur 4, se déplace à la même vitesse que les transporteurs 1,2 et 3 et est recueillie sur un rouleau récepteur représenté
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une bande de papier, une pellicule en polyéthylène ou en une autre matière qui possède les propriétés appropriées de résistance chimique, de rigidité et de résistance à la rupture. La nécessité de cette bande continue que l'on appellera dans la suite, pour simplifier,
"la bande de papier", résulte du fait que, ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, la bande mobile n'est pas constituée par une surface continue, puisqu'elle est composée de plaques articulées qui laissent un espace entre elles. La nécessité de l'utilisation de la bande de papier ou d'une autre matière est facile à comprendre si l'on tient compte du fait que les ingrédients de la mousse qui se déposent au début du tunnel sont liquides, au moment où ils sont mélangés dans la tête de mélange et d'alimentation, de sorte que, en l'absence de cette bande continue, le liquide mélangé s'infiltrerait dans les articulations de la bande sans fin.
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la description ci-dessus, il convient de remarquer que:
1) cette figure ne constitue qu'une représenta- tion schématique, elle ne représente pas tous les éléments tels que les réservoirs de réactifs, pompes, mo- teurs: d'entraînement des transporteurs, etc;
2) dans une installation, dans laquelle le pro-
cédé habituel est mis en oeuvre, on ne trouve pas les
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des caractéristiques de l'invention, ainsi qu'on le dé- crira plus loin; ceci implique que les transporteurs
1, 2 et 3 et le chemin de rouleaux fous 6 sont conti-
gus et que ltinstallation ne présente pas les espaces libres qui existent entre les transporteurs de ltinstal- lation représentée sur la figure 2.
Dans l'installation de la technique antérieure, lorsqu'on a mis en marche à la vitesse programmée les
bandes transporteuses 1, 2 et 3 ainsi que les dispositifs débiteur 4 et récepteur 4' de la bande de matière con- tinue, on fait débiter par la tête de mélange et dtali- mentation MA, avec le débit approprié, le mélange li-
quide de réactifs, qui se dépose au point A sur la bande
de matière continue défilant avec la sole du tunnel de production de mousse, le dépôt s'effectuant à l'extrémité amont de ce tunnel. Au moment de son dépôt, le
mélange de réactifs est un liquide visqueux qui est
ensuite le siège d'une réaction exothermique progressive
et subit un accroissement de volume pour former le bloc
de mousse. Cette phase de formation de la mousse est représentée sur la figure 2 par une courbe ascendante dont la position varie d'un type de mousse à l'autre, de sorte que le point C de la surface du tunnel qui correspond à la projection de l'extrémité de ladite courbe ascendante peut être déplacé vers la gauche ou vers la droite à partir de la position représentée sur la figure 2, suivant la réactivité de la formule. Après avoir atteint sa hauteur maximale, le bloc formé subit un accroissement de longueur progressif, étant entraîné par les mouvements des transporteurs 1,2 et 3.
Après avoir franchi le dernier des transporteurs d'entraînement, c'est-à-dire celui représenté en 3 sur la figure, et avoir été séparé de la bande de papier, le bloc est ensuite découpé en morceaux de dimensions variables et, après une période de durcissement de 24 heures, il peut être stocké.
La section transversale de ce bloc est celle représentée sur la figure 1, sur laquelle on peut distinguer la zone de base densifiée F, dont la surface inférieure n'est pas lisse. Cette base densifiée F doit donc être découpée pour éliminer la masse dense ainsi que les irrégularités superficielles, ce qui entraîne les inconvénients énumérés plus haut.
Dans le procédé perfectionné suivant l'invention, tout d'abord, on met la bande sans fin du tunnel en fonctionnement sans alimentation des constituants de la mousse, en même temps qu'on commence à chauffer l'enceinte contenant cette bande sans fin. Ce chauffage a pour résultat de faire passer la température du brin supérieure de la bande constituant la sole du tunnel de la température ordinaire TA à une température Tp de l'ordre de 80[deg.]C. Cette variation de température est représentée sur la partie gauche de la figure 3.
Ensuite, on interrompt le fonctionnement de la bande sans fin pendant un temps approprié, on met en place la bande de papier qui s'interpose entre les plaques de la bande et le bloc de mousse, et on commence à acheminer dans la partie située en amont du tunnel, au moyen de la tête de mélange et d'alimentation , le mélange de réactifs qui donnera naissance à la mousse, en le déposant sur la bande de papier. Au cours de cette
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pour chaque type de mousse, et, à ce moment (au point A des figures 2 et 3), on remet en marche la bande sans fin et, en même temps, on met en marche les dispositifs débiteur et récepteur de la bande de papier continue.
A partir de ce moment, la température de la surface du brin supérieur de la bande sans fin du tunnel
(qui est approximativement égale à celle de la bande
de papier continue, et par conséquent, approximativement égale à celle de la base du bloc de mousse en cours de formation qui prend appui sur cette bande de papier)
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une deuxième zone située en aval de la précédente et appelée la zone de consolidation.
La base du bloc consolidé en mouvement est soumise, dans au moins une zone située en aval du tunnel, <EMI ID=15.1>
Après l'exécution du séchage, la bande de papier est extraite de l'installation par le dispositif récep-
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observer qu'une couche mince et uniforme de mousse reste collée sur cette bande. Le bloc qui passe sur les rouleaux fous présente une base dépourvue de densification et un aspect lisse et uniforme, de sorte qu'on peut
se dispenser de l'opération de coupe qui était indispensable dans le procédé de la technique antérieure.
La première zone ou zone de réaction, située en amont de la bande sans fin, est parcourue par la mousse en formation pendant un temps prédéterminé, mais qui
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varie d'une mousse à l'autre.
La zone de consolidation est parcourue par la mousse en un temps qui est fonction du temps préfixé de séjour dans la zone de réaction.
On donnera ci-après une définition des paramètres fondamentaux constituant l'objet de l'invention :
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ou par la partie de base du bloc revêtue de papier qui prend appui sur cet élément, pour traverser la zone de réaction, c'est-à-dire pour passer du point A au point C indiqué sur les figures 2 et 3.
te = temps demandé par l'élément précité pour parcourir
la zone de consolidation, c'est-à-dire passer du point C au point B, représentés sur les figures 2 et 3.
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pour parcourir la longueur de la sole du tunnel, c'est-à-dire passer du point A au point B représentés sur les figures 2 et 3 des dessins.
Si l'on tient compte que' la sole du tunnel parcourt les zones de réaction et de consolidation, il est facile de comprendre que
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Etant donné que la valeur de ta est déterminée pour chaque type de mousse, on en déduit que
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fixes pour une mousse donnée, varient d'une mousse à l'autre, ainsi qu'il est facile de le comprendre pour l'homme de l'art, du fait que l'exothermicité de la réaction de formation du polyuréthanne varie suivant la nature des ingrédients principaux et des relations liant ces ingrédients principaux.
Ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus haut, les ingrédients principaux sont le polyol et le polyisocyanate.
Toutefois, le pourcentage d'eau contenu dans le mélange joue un rôle important.
Une caractéristique fondamentale du perfection- nement apporté par l'invention consiste en ce que les températures superficielles des trois zones remplissent la condition
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comprise entre 10[deg.]C et 15[deg.]C, de préférence à peu près égale à 10[deg.]C.
Si la température intérieure du tunnel de formation de la mousse, dans la zone de réaction, est supérieure à une limite maximale, elle peut donner lieu à la formation de crevasses dans la mousse et même à sa combustion. Si l'on tient compte du fait que cette température de formation de crevasses varie, d'une
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condition ci-dessus se lit :
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atteindre des valeurs apparemment élevées, comprises entre 100[deg.]C et 250[deg.]C, pendant des temps très courts. Ceci n'est pas en contradiction avec ce qu'on a indiqué plus haut à propos de la formation des crevasses et/ou de la combustion,si l'on tient compte du fait que cette température superficielle de séchage se manifeste dans
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de la mousse et qui est parcourue par le bloc pendant un temps très court.
Bien que, dans ce qui précède, on ait mentionné une seule zone de séchage, l'invention n'est pas nécessairement limitée à une seule zone de ce type. Au contraire, l'installation peut comporter plusieurs zones de séchage, bien que des raisons d'ordre pratique limitent ce nombre à trois. Cependant, dans sa forme préférée, l'installation ne comporte qu'une seule zone de séchage.
Suite à la différenciation des trois niveaux thermiques mentionnés plus haut, après franchissement de la zone de séchage et l'extraction de la bande de papier, on obtient un bloc dont la base est dépourvue de densification et possède une surface lisse et uniforme, une couche mince et uniforme de mousse, de densité analogue à celle du reste du bloc, étant restée collée à la bande de papier.
Le brin de la bande 1 qui constitue la zone de réaction est celui représenté par AC, CB représentant le bord longitudinal de la zone de consolidation. Il ressort de ce qui précède que la position du point C, bien que fixe pour un type de mousse donné, varie d'une mousse à l'autre et peut se trouver à droite ou à gauche de l'emplacement représenté sur le dessin.
A la suite du tunnel de production de mousse proprement dit, on a représenté sur la figure 2 trois
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sont d'une longueur inférieure à celle des deux autres zones, cette longueur (ou, ce qui est équivalent, le temps demandé par un élément déterminé du bloc consolidé pour parcourir cette zone de séchage) étant liée à la température par une relation de proportion inverse. C'est-à-dire qu'une zone de séchage relativement courte
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cette zone) demandera une température élevée et inversement.
La figure 3 représente la variation de la température d'un élément superficiel de la base du bloc de mousse en fonction du temps. Sur cette figure, 00' représente le temps de fonctionnement à vide de la bande sans fin du tunnel, 0'On le temps d'arrêt de cette bande,
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dent les significations définies plus haut..
Il est facile de comprendre que le changement de température entre les zones de réaction et de consolidation n'est pas brusque ; ainsi, la courbe de la figure
3 présente un segment incliné, le point C se trouvant à une température que l'on peut estimer comme intermédiaire
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le point de retour, la partie de base du bloc qui est en contact avec cette plaque de référence subit, dans
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température de la base du bloc commence à décroître, en tendant à prendre une valeur égale à la température ordinaire. La ligne pointillée BF représente la..yaria- . tion de température en fonction du temps théorique en l'absence des zones de séchage. Il est également facile de comprendre que plus la zone de séchage est éloignée du tunnel, plus on devra élever la température de cette zone pour contrebalancer la diminution de la température de consolidation. Naturellement, au-delà de la zone de= séchage, la température de la surface du bloc retombe des points D, E ou G de la figure 3 jusqu'à la température ordinaire.
L'extraction de la bande de papier constituant l'un des aspects importants de l'invention, il convient de remarquer que, bien que l'on ait indiqué plus haut que le papier peut constituer le matériau le plus commun qui puisse être adopté pour la bande continue interposée entre le bloc en cours de formation et les plaques rectangulaires articulées qui constituent la bande sans fin, on peut utiliser n'importe quelle autre matière en forme de bande qui soit capable d'assurer la même fonction.
On donne ci-après un exemple de production d'une mousse de polyuréthanne commerciale conformément au procédé de l'invention. Cet exemple est uniquement illustratif et ne doit en aucun cas être considéré comme limitatif.
Au moyen de la tête de mélange et d'alimentation et en opérant de la façon qui a été décrite plus haut, on dépose une composition constituée par les produits suivants, utilisés dans les quantités indiquées en parties en poids :
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La température de la zone de réaction est mainte-
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avoir été soumis à une température de 120[deg.]C dans la zone de séchage et après la séparation de la bande de papier continue de la base, possède dans tout son volume une masse volumique pratiquement uniforme de 20 kg/m3, c'est-à-dire que sa base est dépourvue de densification et d'irrégularité, de sorte que cette base ne nécessite aucune opération de découpage ou de finissage.
Le calcul simple ci-après démontre les avantages économiques apportés par le procédé suivant l'invention.
Une usine de taille moyenne produit de la mousse
200 jours par an et produit chaque jour de production un bloc continu de 20 tonnes, c'est-à-dire que sa production annuelle est de 20 x 200 = 4.000 tonnes. En opérant conformément au procédé classique et en supposant que la base densifiée représente en moyenne 4,5% du poids du bloc, on obtient :
production annuelle de mousse dense
4 000 000 x 0,045 = 180 000 kg ;
production annuelle de mousse de densité uniforme 4 000 000 - 180 000 = 3 820 000 kg.
Pour une usine de même taille qui applique le procédé suivant l'invention, et en estimant à 0,5% en poids le pourcentage de la couche mince de mousse qui adhère à la bande de papier, on obtiendrait une production annuelle de mousse de densité uniforme de
4 000 000 - (4 000 000 x 0,005) = 3 980 000 kg.
Ceci signifie qu'avec le procédé suivant l'invention, on augmenterait le rendement annuel de
3 980 000 - 3 820 000 = 160 000 kg/an.
On peut déduire de ceci que l'avantage du procédé suivant l'invention consiste à fabriquer 160 000 kg de mousse sans achat de matière première. A cette économie, on doit ajouter la consommation d'énergie, l'emploi de main-d'oeuvre, etc., que nécessiteraient le découpage, le stockage ou la vente de la mousse dense.