Procédé pour la mise en forme à chaud d'objets creux,
à partir de feuilles en matière thermoplastique
et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
La présente invention comprend un procédé pour la mise en forme à chaud d'objets creux, à partir de feuilles en matière thermoplastique, ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre.
La mise en forme à chaud d'objets creux, généralement concaves, à partir de feuilles thermoplastiquesl, est bien connue dans l'art de travailler les matières plastiques. Elle constitue une méthode rapide et économique pour fabriquer des articles en matières plastiques à partir de feuilles, sans devoir recourir aux pressions et températures élevées nécessaires pour le moulage par injection.
La manière générale d'opérer suivie dans les procédés de mise en forme à chaud consiste à fixer une feuille de résine thermoplastique sur un cadre, à la ramollir par chauffage, de préférence au moyen d'une source de chaleur rayonnante, à éloigner la source de chaleur, à presser fortement la feuille ramollie contre la surface d'une matrice chaude présentant une ou plusieurs cavités creusées dans la matrice et dont la forme correspond à celle des articles désirés et à faire descendre la feuille sur les surfaces de la matrice en évacuant Pair enfermé entre la feuille et la matrice, l'air étant évacué à travers un certain nombre de petits orifices ou pores à la surface de la matrice vers un noyau intérieur creux qui est relié à une source de vide ;
finalement, la résine thermoplastique reçoit la forme de la matrice par refroidissement et cette forme est fixée par transfert de chaleur de la résine chaude vers la matrice tiède du côté convexe de l'article et vers l'atmosphère du côté concave.
Le procédé de mise en forme à chaud tel que décrit ci-dessus a été modifié comme il est bien connu dans le métier pour les cas où il est nécessaire de faire descendre la feuille thermoplastique dans des cavités profondes, en particulier celles pour lesquelles les rapports entre la profondeur et le diamètre à la base sont supérieurs à 1/2 environ. Dans de pareils cas, la mise en oeuvre du procédé connu de mise en forme à chaud donne des articles dont les fonds sont très minces et dont le bas des parois est aussi mince, du fait de l'étirage plus important que subit la feuille thermoplastique ramollie dans ces parties. C'est pourquoi on a développé la méthode de mise en forme à chaud à l'aide d'un tampon auxiliaire.
Les premiers stades de ce procédé sont les mmes que dans le procédé primitif. Toutefois, avant d'appliquer le vide afin de faire descendre la feuille thermoplastique contre les surfaces de la matrice concave, on utilise un tampon conique, à tte émoussée, afin de pousser la feuille sur 60 à 95 10/o de son trajet jusqu'au fond de la matrice, puis on applique le vide à travers les orifices de la surface de la matrice, afin d'éloigner la feuille du tampon et de la faire descendre contre les surfaces de la matrice. Ce procédé a été utilisé dans l'industrie pour la mise en forme à chaud, par le vide, de feuilles de polystyrène et de résines acryliques. Le déplacement du tampon exerce une action d'étirage mécanique.
La matière thermoplastique se répartit sur la surface du tampon sur une épaisseur à peu près uniforme, du fait que la feuille de polystyrène ramollie glisse à la surface du tampon, à condition que celle-ci soit maintenue à la température qui convient. Par contre, lorsque ce mme procédé (dans lequel le tampon n'est utilisé que pour son action d'étirage mécanique) est appliqué à une feuille d'une résine de certains autres types, comme les résines de polyéthylène, les résultats ne sont pas satisfaisants. Bien des résines, y compris le polyéthylène, lorsqu'elles sont ramollies par la chaleur, ne glissent pas aisément à la surface du tampon.
Il en résulte que la partie de la feuille qui est destinée à former les parois de l'objet devient mince lorsque l'on fait descendre cette partie, alors que la partie de la feuille devant le fond du tampon garde ou presque son épaisseur primitive. Par suite, lorsque l'on applique le vide et que la feuille thermo- plastique s'éloigne du tampon et est repoussée vers le bas au contact de la surface concave de la matrice. il se produit un nouvel étirage des parois déjà amincies, en particulier près du fond, tandis que la partie épaisse de la résine faisant face au fond du tampon résiste à l'étirage et forme ainsi une partie épaisse au milieu du fond de l'article fabriqué. Des lors, l'ar- ticle terminé est plus mince et plus faible le long du bord où les parois et le fond se rejoignent.
Cet effet est plus prononcé avec des résines telles que le poly- éthylène, mais on l'observe aussi dans certains objets obtenus à partir de résines telles que le polystyrène.
Pour la plupart des usages, de tels articles ne sont pas satisfaisants. En conséquence, on ne pensait pas jusqu'ici qu'il fût pratique de transformer des feuilles de polyéthylène ou de nombreuses autres résines, au moyen d'une mise en forme à chaud, en des objets creux profonds et lorsque l'on utilisait d'autres résines, telles que le polystyrène, la gamme des formes que l'on pouvait obtenir s'en trouvait limitée.
Le procédé que comprend l'invention pour la mise en forme à chaud d'objets creux à partir de feuilles en matière thermoplastique, au moyen d'un tampon pénétrant dans l'évidement d'une matrice pour assurer l'étirage préliminaire de la partie de la feuille destinée à former les parois de l'objet, vise à éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on soumet, pendant cet étirage préliminaire, la partie de la feuille destinée à former le fond de l'objet à une pression différentielle appliquée de part et d'autre de cette dernière partie de la feuille pour lui appliquer un étirage préliminaire à peu près équivalent à celui que subit la première partie de la feuille dosai née à former les parois latérales.
Le dispositif que comprend aussi l'invention, pour
a mise en oeuvre dudit procédé, comprend une matrice évidée et un tampon. Ce dispositif est carac térisé par le fait que le tampon présente à son extrémité inférieure une lumière pour permettre l'application entre la feuille et cette extrémité du tampon d'une pression différente de celle régnant dans le fond de l'évidement de la matrice à l'extérieur de la feuille à déformer.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution du dispositif que comprend l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique, en coupe transversale, d'une matrice concave de type connu, utiiisée avec un tampon auxiliaire normal conique, à tte aplatie, pour la formation d'un objet creux à partir d'une feuille thermoplastique.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale d'une forme d'exécution du dispositif comportant une matrice concave identique à la matrice de la fig. 1.
La fig. 3 montre, avec plus de détail, ladite forme d'exécution du dispositif en cours d'opération.
Les fig. 4A, B, C et D montrent des objets creux ou récipients présentant un rapport entre la profondeur et le diamètre du fond supérieur à 1/2, obtenus avec le dispositif de la fig. 3, à partir d'une feuille de résine thermoplastique.
La fig. 5 montre une variante d'exécution du dispositif.
La fig. 6 représente une courbe faisant apparaître la relation entre le degré minimum de conicité ou d'inclinaison des parois du tampon et le rapport entre la profondeur et le diamètre à la base de ce dernier.
Dans une mise en oeuvre particulière du procédé que comprend l'invention, les feuilles de résine thermoplastique sont ramollies avantageusement par chauffage à une température comprise entre le point de ramollissement de la résine thermoplastique et une température supérieure d'environ 560 C audit point de ramollissement, et l'on utilise une matrice de mise en forme dont l'évidement présente à sa base une surface au plus égale à l'ouverture supérieure de cet évidement, les côtés de l'évidement étant inclinés suivant un angle compris entre 0 et 450 par rapport à l'axe vertical de cet évidement et le rapport entre la profondeur et le diamètre à la base de l'évidement étant compris entre Va et un maximum qui,
pour le cas où l'évidement de la matrice présente des parois dont l'inclinaison est inférieure à 70, est déterminé en se référant à la courbe de la fig. 6 qui représente la relation entre le rapport de la profondeur au diamètre de base et le degré minimum de conicité, tandis que ce maximum, pour le cas où l'évidement de la matrice a des parois dont l'inclinaison est comprise entre 7 et 45 , est compris entre 12 et 20 ;
la surface de l'évidement ou cavité de la matrice est munie d'un certain nombre de petits orifices reliant la surface de cette matrice servant à la mise en forme à une partie intérieure creuse par laquelle on peut évacuer l'air contenu dans l'évidement de la matrice, afin de faire descendre la feuille thermoplastique au contact de la surface de cet évidement, on attire ainsi énergiquement la feuille thermoplastique contre la face supérieure de la matrice, afin de former un joint étanche autour du bord de l'ouverture concave et l'on pousse la feuille ramollie de résine thermoplastique dans la concavité de la matrice de mise en forme, grâce à quoi la feuille thermoplastique subit un éti- rage préliminaire avant la mise en forme finale dans la région destinée à former les côtés de l'article fabriqué ;
l'on procède à un étirage préliminaire simultané, à un degré équivalent, des côtés et de la base de l'objet en cours de fabrication, ledit étirage préliminaire de la base étant assuré par une différence de pression d'air. Il y a lieu de préciser que, par diamètre de base p, il faut entendre la dimension linéaire maximum passant par le centre de la base, que celle-ci soit circulaire ou non.
Sous un aspect plus particulier, la mise en forme à chaud, par le vide, avec étirage en profondeur, d'objets de forme générale creuse dont la surface à la base n'est pas plus grande que la surface de l'ouverture supérieure à partir de feuilles de résine thermoplastique ramollies par chauffage à une température comprise entre le point de ramollissement de la résine thermoplastique et une température supérieure de 560 C audit point de ramollissement, s'effectue dans une matrice de mise en forme du type indiqué, associée à un tampon auxiliaire conique, de forme générale convexe,
présentant une section transversale de forme semblable à celle de la section transversale de la cavité précitée dans la matrice de mise en forme et une inclinaison supérieure de 1 à 300 à la conicité de la cavité de la matrice ; ce tampon sert à pousser la feuille de résine thermoplastique vers le bas dans la cavité de la matrice, avant d'ap- pliquer le vide par les orifices dans la surface de ladite matrice de mise en forme ;
on utilise à cet effet un tampon auxiliaire conique dont l'extrémité inférieure, de plus petite dimension, a un diamètre compris entre 35 et 75 /o du diamètre de la base de l'évidement dans la matrice de mise en forme, ladite extrémité plus petite du tampon présentant un évidement concave à l'intérieur de la tte du tampon, avec un petit orifice au sommet de cette surface concave, ledit orifice conduisant vers une zone à pression d'air plus faible.
Ladite surface concave a une superficie comprise entre 40 et 100% de celle celle la base de la cavité précitée dans la matrice de mise en forme et la base de cet évidement, formé à l'ex- trémité la plus petite du tampon, a une surface, parallèle à la base de la cavité de la matrice, égale à 12 à 45 /0 de la surface de la base de cette dernière cavité et ledit tampon présente un diamètre à son extrémité supérieure compris entre 50 et 98 O/o du
diamètre de l'ouverture supérieure de la cavité de la matrice ;
ainsi, la partie de la feuille thermoplastique
destinée à former la base de l'article à fabriquer est
soumise à un étirage préliminaire du fait qu'elle est repoussée dans l'évidement du tampon sous l'action
de la différence de pression d'air provenant du dé- placement vers le bas du tampon qui comprime l'air
à l'intérieur de la matrice concave et ceci avant l'ap
plication du vide par les orifices s'ouvrant dans la
surface de la matrice de mise en forme et cet étirage
atteint approximativement le mme degré que celui
de l'étirage auquel est soumise la partie de la feuille thermoplastique destinée à former les côtés de l'objet en fabrication sous 1'action du mouvement descendant dudit tampon qui pousse la feuille thermoplastique sur 60 à 95 /o de son trajet vers le bas,
à l'in- térieur de la matrice, d'où il résulte que, après application du vide par les orifices de la matrice, les parois et le fond de l'article en fabrication sont attirés vers le bas, en présentant une épaisseur sensiblement égale et uniforme.
La fig. 2 représente une première forme d'exé- cution du dispositif que comprend l'invention. La matrice concave de mise en forme 1 est la mme que celle représentée à la fig. 1, avec les mmes dispositions pour l'application du vide depuis l'alvéole 3 à travers un cercle d'orifices représentés en 4 et 5.
En revanche, le tampon auxiliaire 7 est modifié ; 8 désigne un conduit traversant le tampon qui, à son extrémité supérieure, aboutit à une région de pression plus faible qui peut tre soit la pression atmosphérique, soit un vide, et l'extrémité inférieure de ce conduit 8 est reliée par un petit orifice 9 au sommet d'un évidement creusé à l'intérieur de la tte du tampon. Cette surface concave évidée est établie de manière que sa superficie représente de 50 à 100 ouzo celle du fond 4-5 de la matrice concave.
En outre, le tampon 7 est construit de manière à présenter une conicité plus accentuée que celle du tampon 2 de la fig. 1, de sorte que le volume de la feuille thermoplastique délimité par le fond du tampon entre les points 11 et 12 est égal au volume de résine que l'on désire répartir uniformément sur le fond de l'article à fabriquer ; d'ordinaire, il est préférable de former des articles dans lesquels l'épais seur des fonds est approximativement égale à celle des parois. Les côtés 13 du tampon 17 sont de forme conique, à génératrice droite ou parabolique.
Le diamètre du tampon est tel que, lorsque le tampon atteint la position qui correspond au maximum de sa pénétration à l'intérieur de la matrice 1, la distance entre les parois 13 du tampon et les artes 14 au sommet de la matrice est comprise entre 2 et 10 fois l'épaisseur de la feuille thermoplastique utilisée. L'in- clinaison des parois 13 du tampon 7 sera supérieure d'environ 1 à 300 à l'inclinaison des parois 14 de la matrice concave 1, cette dernière inclinaison faisant un angle de 0 à 450 avec la verticale.
Bien que les parois coniques 13 du tampon puissent tre rectili- gnes, il est préférable de leur donner une courbure parabolique près du fond du tampon, comme représente à la fig. 2. Les surfaces annulaires 11 et 12 qui relient la surface concave interne 1 () à la surface externe conique 13 peuvent tre construites avec un rayon de courbure de 0, 8 à 13 mm, suivant la quantité de résine que l'on désire déposer le long du bord
qui relie les parois et le fond de l'article formé.
La partie de la feuille thermoplastique qui vient en contact avec la surface annulaire 11,12 peut ne pas
tre étirée vers le bas, soit par le mouvement descen
dant du tampon, soit par l'application subséquente
du vide dans une mesure aussi forte que le reste de la feuille, de sorte qu'elle peut, si on le désire, former une zone de renforcement dans le bord du fond de l'article formé et étiré.
Comme le montre la fig. 4A, laquelle représente un récipient fabriqué par le procédé indiqué, la profondeur verticale 35 du récipient est de 10,2cm, le diamètre du fond 36 est de 7,6 cm, et le diamètre au sommet 37 du récipient est de 8,9 cm, toutes ces dimensions étant mesurées à l'extérieur ; ainsi, les parois du récipient sont inclinées suivant un angle de 4O sur l'axe vertical du récipient. Le bord du fond du récipient 38 a un rayon de courbure de 1,6 mm ; à 1 cm du sommet du récipient se trouve un bourrelet 39 destiné à retenir un couvercle à enclenchement élastique.
Le fonctionnement de la matrice de mise en forme par le vide et du tampon auxiliaire est représente schématiquement à la fig. 3 qui montre le tampon 18 au point le plus bas de sa descente dans la matrice 17. Cette figure représente l'instant du cycle de mise en forme où la feuille thermoplastique 32 est poussée dans la matrice, juste avant l'application du vide, afin de faire descendre la feuille sur la surface de mise en forme de la matrice. Cette dernière surface 17 a les mmes dimensions que les dimensions extérieures du récipient représenté à la fig. 4A. La matrice, qui peut tre construite en aluminium, présente un alvéole 19 pratiqué dans sa masse et auquel on peut appliquer le vide. De petits orifices disposés en cercle et représentés par 20 et 21 relient cet évi- dement au fond de la surface de mise en forme.
Un autre petit cercle d'orifices 23 relie l'évidement de la matrice à une entaille annulaire qui formera le bourrelet destiné à retenir le couvercle. Les dispositions prises pour chauffer la matrice ne sont pas représen- tées ; celle-ci est maintenue à une température de 11 à 830 C au-dessous de la température de ramollissement de la résine.
Le tampon 18, qui peut également tre construit en aluminium, a une hauteur hors tout de 10,2cm.
Son diamètre au sommet est de 8,25 cm, alors que son diamètre au fond entre les points 24 et 25 est de 4,1 cm. Dans le fond du tampon est ménagée une cavité en forme de cône dont la hauteur verticale est de 3,19 cm, mesurée entre le fond 24,25 du tampon et le sommet 26 de l'évidement conique. Les côtés du cône font un angle de 250 avec la verticale. Le diamètre de l'évidement conique est de 3,61 cm à sa base. La superficie de la surface conique est approximativement de 20,6 cm2, ce qui représente 4510/o de la surface (45,8 cm9) du fond de la matrice. Au sommet 26 de la surface conique concave, une petite ouverture conduit vers un passage foré 27 qui aboutit à l'air libre.
Une barre verticale 28 ayant un diamètre de 2,5 cm part du centre du sommet du tampon vers un mécanisme non représenté pour soulever et abaisser ledit tampon. Des moyens 29 sont prévus pour chauffer le tampon et le maintenir à toute température désirée, égale ou supérieure à la température de ramollissement de la résine.
Le fonctionnement de la matrice comportant ce tampon auxiliaire pour la mise en forme à chaud par le vide d'une feuille thermoplastique est le suivant : la feuille 32 est serrée contre un cadre 34 au moyen de barres de compression 30 et 31 (plus deux autres disposées à angle droit par rapport à ces dernières, non représentées sur le dessin). Cet ensemble est transporté automatiquement vers une zone où l'on applique de la chaleur pour ramollir la résine.
Le cadre 34 qui entoure la feuille thermoplastique ramollie est ensuite éloigné de la source de chaleur et placé sur la matrice 17 ; ensuite, la matrice est soulevée au contact de la feuille ramollie ou bien le cadre est abaissé autour du pourtour de la surface supérieure de la matrice, pour former ainsi un joint entre la feuille de résine et le bord extérieur supérieur de la matrice, comme indique par les positions relatives de la matrice 17 et du cadre 34 sur la fig. 3. Le tampon chauffé 18 est ensuite repoussé vers le bas sur 60 à 95 /o du trajet à l'intérieur de la matrice de mise en forme, jusqu'à ce qu'il atteigne la position représentée à la fig. 3 ; ceci comprime l'air à l'intérieur de la matrice, entre la feuille et la surface de la matrice.
Cette compression de l'air produit une différence de pression d'air qui fait monter la feuille 32 dans l'évidement 35 pratiqué dans le fond du tampon, puisque la pression dans cet évi- dement est encore la pression atmosphérique ; ainsi, sous l'action de la différence de pression d'air, cette partie de la feuille est étirée sensiblement dans la mme mesure que celle qui est appliquée sur les parois extérieures du tampon ; à ce moment du cycle, on atteint l'état représenté à la fig. 3.
Ensuite, on applique le vide en 19 et 1'air comprimé entre la feuille plastique et la surface de la matrice est éva- cué à travers les deux cercles d'orifices 20-21 et 23 ; il se forme ensuite un vide dans la région située entre la feuille et la matrice, grâce auquel la feuille thermoplastique se sépare du tampon et est repoussée vers le bas contre les surfaces de la matrice concave par la pression atmosphérique ; les lignes pointillées 33 de la fig. 3 indiquent ce mouvement de la feuille thermoplastique.
Finalement, le tampon est retiré, la résine thermoplastique est fixée sous sa forme définitive par transfert de chaleur vers l'air ambiant et la matrice de mise en forme ; le récipient terminé est alors retiré de la matrice, des moyens étant prévus, si on le désire, pour rogner l'excès de matière thermoplastique autour du sommet du récipient.
Suivant une variante, représentée à la fig. 5, on peut faire arriver de l'air comprimé à travers un petit orifice au centre de la tte du tampon auxiliaire au moment où le tampon pousse la feuille thermo- plastique ramollie dans la matrice ; de cette manière, la partie de la feuille thermoplastique se trouvant sur le fond du tampon subit un étirage préliminaire sous l'action de la différence de pression d'air, de telle sorte que ladite partie de la feuille se dilate vers le fond de la matrice pendant que la partie de la feuille appliquée sur les parois est étirée par le mouvement du tampon qui pousse la feuille dans la matrice.
La mise en forme est alors terminée par application du vide dans une chambre latérale prévue dans le fond de la matrice, grâce à quoi l'air est évacué à travers les petits orifices qui relient ladite chambre au fond de la surface de mise en forme.
Dans le cas de ladite fig. 5, la matrice de mise en forme 40 présente un évidement circulaire dont le rapport entre la profondeur et le diamètre est de 2 (diamètre : 5,1 cm, profondeur : 10,2 cm) et dont les parois ont une inclinaison nulle (ou). A l'intérieur du fond de la matrice de mise en forme se trouve une chambre interne creuse 41 qui peut tre évacuée au moyen d'une pompe à vide non représentée, reliée à un tube 44 qui conduit vers cette chambre creuse.
De petits orifices 42, disposés en cercle le long du bord du fond de la surface de mise en forme et un autre orifice 43 au centre de cette surface conduisent vers la partie interne creuse. Un tampon auxiliaire 45 circulaire et conique est relié par une tige 46 à des moyens servant à le soulever et à l'abaisser. Les dimensions et la conicité du tampon auxiliaire sont déterminées comme indiqué ci-dessus.
La conicité du tampon auxiliaire doit tre supérieure de 1 à 300 à l'inclinaison des parois de la cavité de la matrice et, dans le cas représenté, elle est de 6 ; l'extrémité inférieure du tampon auxiliaire doit avoir un diamètre compris entre 35 et 75 O/o du diamètre de la matrice ; dans la présente variante, son diamètre est de 50i /o. Toutefois, bien qu'un tampon présentant un évidement concave dans sa tte, tel que décrit ci-dessus, puisse tre utilise, ceci n'est pas essentiel pour ce mode de mise en oeuvre du procédé, puisque de l'air comprimé est amené à travers un conduit 47 et un petit orifice 48 ménagé dans le tampon auxiliaire, afin de produire une convexité au lieu d'une dépression concave dans la feuille thermo- plastique.
Pour cela, la tte du tampon auxiliaire doit, dans ce cas, tre légèrement convexe, comme représente à la fig. 5, où le fond a un rayon de courbure de 10,2 cm.
En utilisant cette variante du dispositif, les différents stades sont semblables à ceux déjà décrits auparavant. La feuille thermoplastique 51 qui, dans ce cas, est en polyéthylène de 1,53 mm d'épaisseur, est serrée contre un cadre au moyen de barres de pression 50. La feuille est ramollie par chauffage jusqu'à environ 16 C au-dessus de son point de ramollissement, puis placée sur la matrice et poussée vers le bas par-dessus la face supérieure de la matrice, comme l'indiquent les positions relatives de la fig. 5.
Ensuite, le tampon auxiliaire à la température de 154O C est utilisé pour pousser la feuille thermo- plastique sur 60 à 95'0/o de son trajet à l'intérieur de la matrice. Simultanément, de l'air comprimé est graduellement introduit à travers le conduit 47 de l'orifice 48, afin de souffler vers l'extérieur une bulle de résine sur la tte du tampon. Les positions finales du tampon et de la résine juste avant l'application du vide dans la chambre intérieure de la matrice de mise en forme sont représentées à la fig. 5 ; la feuille de résine a subi un étirage préliminaire aussi bien sur les côtés que sur le fond du tampon, mais elle n'a pas reçu la forme définitive de l'objet désiré.
Cette mise en forme est obtenue dans l'étape suivante du cycle, lorsque le vide est appliqué par les orifices 42, 43 de la matrice. Cette variante du dispositif est des plus utiles, notamment pour la mise en forme à chaud par le vide d'objets tels que ceux représentés à la fig. 4D dont le rapport entre la profondeur et le diamètre est proche de 2 et où l'inclinaison des parois est proche de Oo.
L'intért de la matrice de mise en forme et du tampon auxiliaire suivant la fig. 3, par exemple, pour fabriquer des récipients à partir de feuilles de poly- éthylène de 1,52 à 1,65 mm d'épaisseur apparaît par les données du tableau I (page 6).
Deux genres de polyéthylène ont été utilisés dans ces essais : la résine A présentant une densité de 0,930, un indice de fusion de 3,0 et un rapport Mw/Mn inférieur à 10' (où Mw représente le poids moléculaire moyen en poids et Mn le poids moléculaire moyen en nombre), et la résine B présentant une densité de 0,914, un indice de fusion de 1,8 et un rapport Mw/MK d'environ 40. Le tampon auxiliaire décrit ci-dessus est appelé tampon II dans le tableau I.
A titre de comparaison, on a aussi utilisé un tampon normal approprié à la mise en forme du polystyrène ; ce tampon, construit conformément à la fig. 1, avait une hauteur de 10,2 cm, un diamètre au sommet de 7,6 cm, et était de forme conique, avec un diamètre de 6,4 cm au fond ; les côtés et le fond étaient reliés par un bord de 0, 32 cm de rayon de courbure. Pour ces essais, la matrice de mise en forme et le tampon auxiliaire étaient montés sur une machine pour mise en forme avec l'aide d'une presse de 61 X 61 cm.
Les résultats meilleurs obtenus grâce au procédé utilisant le tampon auxiliaire décrit peuvent tre aisément reconnus en examinant le tableau I. Ainsi, avec la résine A, en utilisant un tampon auxiliaire normal dans l'essai I, le rapport entre l'épaisseur du centre du fond et l'épaisseur du bord du récipient fabriqué était de 2,22 ; en revanche, dans l'essai II utilisant le tampon II construit comme décrit cidessus, ce rapport était de 1,15. Dans ces deux mmes essais, les rapports entre l'épaisseur du fond et l'épaisseur des parois étaient respectivement de 1,67 et de 0,77. Des résultats semblables ont été obtenus avec la résine B dans les essais III et IV.
Dans chaque cas où l'on a utilisé le tampon II, ces rapports étaient de 1,0 0,3, alors que, avec le tampon I normal déjà connu, ces rapports étaient de 2,0 0, 3. Ainsi, les récipients fabriqués avec le tampon II présentent une épaisseur de paroi relativement uniforme sur les côtés et le fond, ce qui constitue un contraste frappant avec les récipients
Tableau I
Mise en forme par le vide de feuilles de polyéthylène
Unités Essais
I II III IV
Polyéthylène utilise..
A A B B
Epaisseur de la feuille.. mm. mm 1,60 1,65 1,65
Surface chauffée de la feuille.. cm2 cm9 20,3 X 20,3 20,3 X 20,3 20,3 X 20,3
Tampon utilisé... 1 II 1 II
Température du tampon. o C. 160 160 160 160
Température du moule.. o C 82 82 71 71
Distance du tampon par rapport au fond cm 1,27 1,59 1,27 1,59
Pénétration du tampon dans la matrice,
"/o du total /0 87, 5 84,4 87,5 84,4
Mesures d'épaisseur
Centre du fond.. mm. 1,02 0,59 0,99 0,51
Bord........... mm. 0,46 0,51 0,48 0,41
Bas des parois latérales.. mm. 0,61 0,71-
Haut des parois latérales... mm. 0,61 0,84-
Rapport :
cen bo d fond. . 2, 22 1,15 2,05 1,25
Rapport : centre du fond 1, 67 0,77-
épaisseur moyenne des parois mm non satisfaisants fabriqués par des procédés connus qui utilisent un tampon auxiliaire normal.
D'autres articles qui représentent certaines des formes qui peuvent tre fabriquées avec un tel tampon sont dessinés aux fig. 4B, 4C et 4D ; ainsi, la fig. 4C représente un article rectiligne qui peut tre fabriqué par un tampon auxiliaire de forme générale rectiligne. Dans ce cas, la cavité ménagée dans la tte du tampon peut tre hémisphérique ou conique, mais il est préférable de lui donner une forme pyramidale, présentant comme ci-dessus une superficie comprise entre 40 et 100 O/o de la superficie du fond de la matrice de mise en forme.
La fig. 4D représente un récipient dont les parois ont une inclinaison nulle (Oo) et dont le rapport entre la profondeur et le diamètre de base est de 2 ; ce récipient peut tre obtenu, soit en utilisant un tampon auxiliaire du type représenté en fig. 5, dans lequel on amène un gaz comprimé chaud à travers le tampon auxiliaire pour former une bulle de résine à l'extrémité du tampon, vers le fond de la matrice lorsque le tampon descend dans cette cavité, soit en utilisant un tampon présentant un évidement à son extrémité, comme représente en fig. 2. Dans les deux cas, une différence de la pression d'air sert à obtenir le résultat désiré.
Il est évident qu'une variété infinie de formes creuses concaves peuvent tre fabriquées en se servant du procédé d'étirage préliminaire décrit de la partie de la résine se trouvant sur le fond du tampon auxiliaire, par utilisation d'une différence de pression d'air. En outre, le tampon auxiliaire, au lieu d'une surface conique creusée à l'intérieur, peut présenter d'autres surfaces de forme générale concave, telle que hémisphérique, hémi-ellipsoïdale ou pyra midale, avec des résultats tout aussi satisfaisants,
à la seule condition que les superficies de ces évidements représentent 40 à 100 ouzo de la superficie du fond de la matrice de mise en forme et que des orifices prévus au sommet de ces évidements débou- chent dans une région de plus faible pression. Il est parfois désirable, en particulier lorsque l'on doit travailler des feuilles très épaisses d'une résine dont la viscosité à l'état fondu est très élevée, d'appliquer le vide, au lieu de la pression atmosphérique, aux orifices se trouvant au sommet de l'évidement du tampon pendant la descente du tampon dans la matrice de mise en forme.
Dans un tel cas, le vide dans le tampon auxiliaire doit naturellement tre remplacé par la pression atmosphérique durant la phase suivante du cycle de mise en forme, lorsque le vide est applique (au lieu d'air) à la surface de la matrice, afin d'éloigner la feuille de résine du tampon auxiliaire.
Lorsque l'on constate une tendance de la résine thermoplastique chaude à adhérer au tampon auxiliaire quand on applique le vide dans la matrice, il est parfois avantageux de munir le tampon auxiliaire d'un mince revtement (de 0, 0025 à 0, 05 mm d'épais- seur) de polytétrafluoréthylène, afin de prévenir une telle adhérence. Toutefois, si la tendance à adhérer n'est que faible, on peut habituellement y remédier en augmentant la température du tampon auxiliaire de quelques degrés.
On a constaté que l'on obtient une surface plus lisse et de meilleure apparence sur les articles fabri quels lorsque la surface de la matrice de mise en forme ne présente pas un brillant poli comme un miroir et qu'elle a été traitée par un liquide, afin de lui donner ce que l'on appelle communément un brillant < : satiné en utilisant une pâte fluide aqueuse de perles de verre d'un diamètre correspondant à au moins 230 mailles, pâte fluide que l'on projette sur la surface de mise en forme au moyen d'un pistolet à air comprimé approprié. Le brillant satiné empche la retenue de minuscules bulles d'air entre la résine thermoplastique et les parois de la matrice pendant l'application du vide.
Bien que l'on ait décrit une mise en forme à chaud de feuilles de polyéthylène résineux, le procédé décrit s'applique également et avantageusement à bien d'autres types de résines thermoplastiques en feuille, y compris des feuilles de plus forte densité de résines polyéthyléniques, de résines polyméthyl- méthacryliques, de nylon, de chlorure de polyvinyle, d'acétate et de butyrate de cellulose et de polyoxyméthylène résineux, thermiquement stable et de poids moléculaire élevé.
La grande valeur du procédé décrit réside dans le fait que, avec n'importe quelle résine, il permet d'obtenir, de façon économique, la rigidité voulue de l'article formé à chaud, en plaçant une proportion supérieure de résine thermoplastique dans les parois latérales de l'article formé et une proportion inférieure de résine dans la paroi du fond, c'est- à-dire là où elle est moins efficace pour donner de la rigidité.
REVENDICATIONS :
I. Procédé pour la mise en forme à chaud d'objets creux à partir de feuilles en matière thermo- plastique, au moyen d'un tampon pénétrant dans l'évidement d'une matrice pour assurer l'étirage préliminaire de la partie de la feuille destinée à former les parois de l'objet, caractérisé par le fait que l'on soumet, pendant cet étirage préliminaire, la partie de la feuille destinée à former le fond de l'objet à une pression différentielle appliquée de part et d'autre de cette dernière partie de la feuille pour lui faire subir un étirage préliminaire à peu près équivalent à celui que subit la première partie de la feuille destinée à former les parois latérales.