FR2802148A1

FR2802148A1 - Procede de fabrication par tri-extrusion d'un crayon a ecrire ou a colorier et crayon a ecrire ou a colorier comportant une couche intermediaire de protection

Info

Publication number: FR2802148A1
Application number: FR9915696A
Authority: FR
Inventors: Ludovic Chochoy; Helene Baillieu; Jacques Bachelet; Lucien Foscarin
Original assignee: Conte SA
Current assignee: Conte SA
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-06-15
Anticipated expiration: 2019-12-13
Also published as: DZ3144A1; HK1043769A1; WO2001043987A1; PT1150847E; MA25343A1; US6572295B1; ES2284550T3; BR0007874A; JP4934260B2; AU2180301A; CA2362775C; DE60034108D1; ATE358029T1; FR2802148B1; EP1150847B1; AR030173A1; HK1043769B; DE60034108T2; CA2362775A1; MXPA01008169A

Abstract

Le procédé de fabrication en continu de crayons à écrire ou à colorier consiste à co-extruder une première matière thermoplastique chargée, dénommée matière mine, et autour de celle-ci une couche intermédiaire dite de protection dans une matière thermoplastique exempte d'agent d'expansion et une seconde matière thermoplastique contenant un agent d'expansion, dénommé matière bois, et à refroidir lesdites matières thermoplastiques co-extrudées. Selon l'invention la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection est déterminée en sorte de rester déformable pendant le retrait de la matière mine, lors du refroidissement.Le crayon (1) est constitué par la superposition d'une âme (1) en une première matière thermoplastique chargée dénommée matière mine, d'une couche de protection (2) d'une matière thermoplastique non-expansée et d'une couche (3) d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois. Selon l'invention, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection (2) a un point de solidification qui est inférieur à celui de la matière thermoplastique constitutive de la matière mine (1).

Description

PROCEDE DE FABRICATION PAR TRI-EXTRUSION D'UN CRAYONA ECRIRE OU A COLORIERET CRAYONA ECRIRE OU A COLORIER COMPORTANTUNE COUCHE INTERMEDIAIRE DE PROTECTION La présente invention concerne un procédé pour la fabrication en continu d'un crayonà écrire ouà colorier, par extrusion simultanée de matières thermoplastiques constituant successivement d'une part la mine et d'autre part la matière qui entoure la mine, dénommée matière bois dans la suite présent texte par analogie avec la composition des crayons traditionnels, dans lesquels cette matière est en bois. Elle concerne plus particulièrement un procédé par tri- extrusion de matières thermoplastiques selon lequel une couche intermédiaire de protection est co-extrudée entre la mine et la matière bois. Elle concerne également un crayonà écrire ouà colorier, susceptible d'être obtenu par procédé de l'invention.

La fabrication en continu d'un crayonà écrire ouà colorier par co-extrusion de matières thermoplastiques constituant la matière mine une couche intermédiaire de protection et la matière bois estdéjà connue le document EP.0.505.262. Dans ce document la couche intermédiaire de protection est dans une matière thermoplastique non-expansée, compatible avec la matière mine et la matière bois et ayant une température de fusion qui est égale ou supérieureà la fois à la température de fusion de la matière mine età celle de la matiere bois. Cette sélection particulière de la matière thermoplastique constitutive de la couche intermédiaire de protection a pour but d'éviter des défauts dusà présence de bulles sur la périphérie extérieure de la matière mine, qui ont été constatés lors de la fabrication de crayons par bi-extrusion mettant en oeuvre un agent d'expansion dans la matière bois. Du fait de sa température de fusion, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection est moins fluide que les matières mine et bois. De ce fait elle ne se déforme pas sous l'effet des bulles déQa2ées en surface de la matière bois et constitue une barrière de protection pour la matière mine.

Le problème que chercheà résoudre la présente invention est d'un autre ordre.Il concerne é-alement la fabrication en continu par co-extrusion d'un crayon c à écrire ouà colorierà partir de matières thormopiastiques. 11. a été en effet constaté la présence d'un autre type de défaut, à savoir des fissurations de la mine, entrâmant des casses fréquentes notamment lors de la taille du crayon.

Le but s'est fixé le demandeur est de proposer un procédé de fabrication qui pallie l'inconvénient précité, évitant l'apparition de telles fissurations.

Ce but parfaitement atteint par le procédé de l'invention. Il s'agit procédé de fabrication en continu de crayonsà écrire ouà colorier qui consisteà co-extruder première matière thermoplastique chargée, dénommée matière mine, et autour de celle-ci une couche intermédiaire dite de protection dans une matière thermoplastique exempte d'agent d'expansion et une seconde matière thermoplastique contenant un agent d'expansion, dénommé matière bois, età refroidir lesdites matières thermoplastiques co-extrudées.

De manière caractéristique selon l'invention, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection est déterminée en sorte de rester déformable pendant le retrait de la matière mine, lors du refroidissement.

Des constatations qu'a pu faire le demandeur, il est ressorti que les fissurations apparaissent principalement lorsqu'ont été mises en oeuvre pour la matière mine matières thermoplastiquesà fort coefficient de dilatation engendrant, lors du refroidissement, des retraits importants longitudinaux et transversaux. s'a-it en particulier des matières mines mises en oeuvre dans la fabrication crayonsà mine tendre.

De préférence, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection choisie pour que son point de solidification soit inférieur au point de solidification la matière thermoplastique constitutive de la matière mine.

Ainsi, lors du refroidissement des matières extrudées, éventuellement d'ailleurs après les coupes transversales de celles-ci donnant lieu aux crayons unitaires, la matière mine va se solidifier en premier par rapportà la couche de protection, son point de solidification (c'est-à-dire la températureà partir de laquelle la matière thermoplastique qui étaità l'état plastique ou fondu commence à se solidifier) est supérieurà celui de la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection. Le retrait de la matière mine qui intervient lors de la solidification va se dérouler alors que la mz#1ère rmne se trouve entourée par la couche de protection qui n'est pas encore solidifiée mais qui trouve dans un état déformable. Cette couche de protection, par sa déformabilité et sa souplesse, permetà la matière mine de se libérer de ses contraintes internes et donc de se rétracter sans qu'apparaissent des fissurations. La solidification proprement dite de la couche de protection intervient ultérieurement.

De préférence l'écart entre les points de solidification la matière mine et de la couche de protection est de l'ordre de10 à 20'C.

De préférence pour abaisser le point de solidification de la couche de protection, on met en oeuvre comme additif soit un thermoplastique élastomère soit un copolymère éthyl-vinyl-acétate (EVA).

C'est un autre objet de l'invention que de revendiquer un crayonà écrire ou à colorier, est susceptible d'être obtenu par le procédé de fabrication précité. De manière connue, ce crayon est constitué par la superposition d'une âme en une premiere matière thermoplastique chargée dénommée matière mine, d'une couche de protection d'une matière thermoplastique non-expansée et d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois. De manière caractéristique, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection a point de solidification qui est inférieurà celui de la matière thermoplastique constitutive de la matière mine.

Avantageusement la couche de protection contient un thermoplastique élastomère ou un copolymère éthyl-vinyl-acétate (EVA).

De 'férence la couche de protection comporte, comme matière thermoplastique, un polymère styrénique. Par exemple la couche de protection comporte70 à 95% d'un composé styrénique et de5 à 301/o d'un thermoplastique élastomère ou d'un copolymère éthyl-vinyl-acétate.

Il est également possible de mettre en oeuvre , comme matière thermoplastique constitutive de la couche de protection une matière qui ne se solidifie pas après le refroidissement mais qui étant déformable à chaud reste souple.Il peut s'agir notamment d'une matière thermoplastique élastomère.

La présente invention sera mieux compriseà la lecture de la description qui va être faite d'une version du procédé de fabrication d'un crayonà écrire ou aà colorier par tri-extrusion matières thermoplastiques et du crayonà trois couches successives ainsi obtenu, illustré par le dessin annexé dans lequel: - La figure1 est une representation sous forme d'un diagramme des étapes de la tri-extrusion, et - La figure 2 est une vue perspective du crayonà couche de protection souple selon l'invention.

Les techniques de poly-extrusion sont bien connues de l'homme du métier. Les matériels mis en oeuvre sont par exemple du type de celui décrit dans le document FR.2.099.248 pour la bi-extrusion, appliquéeà la fabrication en continu de crayonsà écrire. De ce fait, on s'est contenté de schématiser sur la figure1 une tri-extrusion de trois couches de matières thermoplastiques respectivement une âme centrale, une couche intermédiaire et une couche extérieure.

Dans le cadre de la présente invention, l'âme centrale constitue la matière mine1, la couche intermediaire constitue la couche de protection 2 et la couche extérieure constitue la matière bois3 d'un crayon 4 fabriqué en continu.

La composition matières thermoplastiques est déterminée pour que chaque élément correspondant ait les propriétés que l'on attend: l'ensemble du crayon doit avoir une bonne taillabilité et une densité proche de celle du crayon traditionnel en bois. S'agissant de la matière mine, celle-ci doit comporter des charaes pour l'écriture et être facilement transférable sur le support d'écriture ou de coloriage pour avoir un bon pouvoir couvrant. Les composants correspondants sont par exemple choisis pan-ni ceux décrits dans le document FR. 1. 5 88.294.

S'agissant de la matière bois, pour obtenir la densité recherchée, celle-ci contient un agent expansant par exemple l'azo-dicarbonamide. S'agissant de la couche de protection 2 qui est exempte d'agent expansant, elle doit être compatible avec d'une la matière mine1 et la matière bois 2 en sorte d'assurer la bonne tenue de la mine dans le crayon. La matière constitutive de la couche de protection est choisie pour avoir un point de solidification qui est inférieur, voire nettement inférieur,à celui de la matière thermoplastique constitutive de la mine. Le point de solidification est aussi couiamment dénommé- 1 de ramollissement. C'est la température (ou la zone de température)à partir de laquelle la matièreà l'état plastique ou fondu commenceà se solidifier. est aussi la température (ou la zone de température)à partir de laquelle la matière thermoplastiqueà l'état solide commenceà se ramollir. Elle est aussi appelée point VICAT.

Lors du refroidissement du crayon 4, constitué par les trois couches co- extrudées 1, 2,3, la matière mine1 se solidifie plus rapidement que la couche de protection. C'est lors de cette solidification qu'intervient le phénomène de retrait qui développe dans la matière mine des contraintes internes, contraintes qui sont fonction la composition de la matière mine et de son diamètre, Conformémentà l'invention la solidification de la matière mine intervient alors que la couche de protection n'ayant pas encore commencéà se solidifier, est encore dans un état déformable (pâteux ou en tout état de cause souple). De ce fait matière constitutive de la couche de protection va accompagner, en se déformant le retrait de la matière mine, ce qui évite l'apparition ultérieure des fissurations.

C' lors de la fabrication de crayonsà écrire ouà colorierà mine douce que l'on remarque le plus l'apparition de telles fissurations dans la mine. Selon les constatations du demandeur, les mines douces ont un coefficient de dilatation plus élevé, ce entraîne un phénomène de retrait plus important. Selon le concept de la présente invention, la couche de protection a pour fonction de compenser la différence coefficient de retrait entre les matières thermoplastiques constitutives de la matière mine d'une part et de la matière bois d'autre part, tout en réalisant la liaison mécanique entre ces deux matières, une fois que la solidification intégrale du crayon est intervenue. Il importe en effet que subsiste une liaison mécanique entre la mine et le reste du crayon.

Plus la structure de la mine est douce, plus ses performances mécaniques diminuent, en particulier la ruptureà la flexion. Pour compenser ces pertes de performances mécaniques, on augmente le diamètre de la mine dans le crayon, ce qui corrélativement accroît le phénomène de retrait et l'importance de la mise en oeuvre de la couche de protection conformémentà l'invention. Cette couche de protection qui dans ce cas de préférence a épaisseur au moins égaleà 0,5mm peut faire office de renfort pour la matière mine, assurant une consolidation de mine apte' diminuer sensiblement les risques de casses lors de l'utilisation crayon.

Bien ^ dans le cas d'une matière bois avec agent expansant souhaitable que la couche de protection remplisse également la fonction qui lui était impartie dans le document EP.0.505.262 à savoir de former une barrière pour la matière mine contre la diffusion des bulles provenant de la matière bois. Dans ce, la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection, qui est exempte d'agent d'expansion et qui est compatible avec la matière mine et la matière bois, a une température de fusion qui est égale ou supérieureà la foisà la température de fusion de la matière mine età celle de la matière bois.

Exemple1 : Il acrit d'un crayon 4à mine douce en graphite. La composition de la matière mine1 est la suivante

copolymère <SEP> polystyrène <SEP> méthacrylate <SEP> :20 <SEP> - <SEP> 25
<tb> plastifiant <SEP> 15
<tb> noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 55
<tb> noir <SEP> de <SEP> fumée <SEP> 5 <SEP> %
<tb> stéarate <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 0,5%
<tb> talc <SEP> 4,5 <SEP> % La composition de la couche de protection 2 est la suivante:

polymère <SEP> styrénique <SEP> : <SEP> 80 <SEP> '/0
<tb> copolymère <SEP> éthyle <SEP> vinyle <SEP> acétate <SEP> EVA <SEP> : <SEP> 20 <SEP> % La composition de la matière bois3 est la suivante*

copolymère <SEP> polystyrène-méthacrylate <SEP> # <SEP> 78,5 <SEP> %
<tb> plastifiant <SEP> du <SEP> type <SEP> phtalate <SEP> 110%
<tb> sciures <SEP> de <SEP> bois <SEP> 10%
<tb> pigments <SEP> (mélange <SEP> maître) <SEP> 1,5 <SEP> % Juste avant l'extrusion, on mélangeà la matière bois de l'ordre de 2% d'un mélange maître contenant de l'azo-dicarbonamide comme acent d'expansion, C La co--lich-- de protection peut être également teintée avec un mélange maître C de façonà ce que la couche de protection 2 ait la même couleur que matière bois 3 ou être teintée d'une autre couleur pour la rendre plus visible.

Le point de solidification ou point Vicat A (ISO 306), pour différents constituants thermoplastiques ci-dessus est de-

methacrylate <SEP> 100 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> 10'C
<tb> polystyrène <SEP> choc <SEP> 92 <SEP> à <SEP> 95T
<tb> 104 <SEP> à <SEP> 11 <SEP> O'C
<tb> copolymère <SEP> éthyle-vinyl <SEP> e- <SEP> acétate <SEP> :40 <SEP> à <SEP> 44'C présence de copolymère éthyle-vinyle-acétate , même en faible proportions, permet d'abaisser le point de solidification de la couche protection comparativementà la matière mine et la matière bois.

Le même effet pourrait être obtenu en mettant en oeuvre place du copolymère éthyl-vinyl-acétate un thermoplastique élastomère, par exemple type SBS (Styrène Butadiène Styrène) de dureté Shore50 à 70.

Après tri-extrusion et passage en continu dans un conformateur 5 , on obtient un crayon 4 de configuration hexagonale qui, une fois taillé (figure 2), laisse apparaître entre la matière mine et la matière bois3 la couche protection 2 qui dans le cas d'espèce avait une épaisseur de0,3 mm pour un crayon 4 d'environ7 mm entre plat et une mine d'environ 2 mm de diamètre.

Exemple 2: Il s'agit d'un crayon 4à mine douce de couleur. La matière bois3 est inchangée.

La composition de la matière mine1 est la suivante

copolymère <SEP> polystyrène <SEP> méthacrylate <SEP> .25%
<tb> plastifiant <SEP> du <SEP> type <SEP> phtalate <SEP> 15 <SEP> %
<tb> pigments <SEP> colorés <SEP> 25%
<tb> stearate <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 0,5%
<tb> talc <SEP> 34,5% La composition de la couche de protection 2 est la suivante:

. <SEP> polymère <SEP> styrénique <SEP> : <SEP> 83 <SEP> %

copolymère <SEP> éthyle <SEP> vinyle <SEP> acétate <SEP> (EVA) <SEP> 15
<tb> mélange <SEP> maître <SEP> pigment <SEP> 2 <SEP> % Dans le cas de l'utilisation d'un thermoplastique élastomère, du type la composition de la couche de protection 2 aurait été la suivante-

polymère <SEP> styrénique <SEP> 88 <SEP> %
<tb> thermoplastique <SEP> élastomère <SEP> 10%
<tb> mélange <SEP> maître <SEP> pigment <SEP> 2 <SEP> %
<tb> C La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui1 1 décritsà titre d'exemples non exhaustifs.Il est possible de mettre en oeuvre d'autres composants de base pour la matière mine et la matière bois copolymère polystyrène méthacrylate. De plus il est possible de donner au crayon tout type de configuration, sans limitationà la forme hexagonale. Il peut s'agir d'une forme circulaire, triangulaire, octogonale, sans que cette liste soit exhaustive. Il est aussi possible d'utiliser pour la couche de protection une matière thermoplastique qui non seulement est déformable à chaud (lors du retrait de mine) mais qui ne se solidifie pas et reste souple après refroidissement complet du crayon, par exempleà base de thermoplastique élastomère.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication en continu de crayonsà écrire ouà colorier consistantà extruder une première matière thermoplastique chargée, dénommée matière mine, et autour de celle-ci une couche intermédiaire dite de protection dans une matière thermoplastique exempte d'agent d'expansion et une seconde matière thermoplastique contenant un agent d'expansion, dénommé matière bois, età refroidir lesdites matières thermoplastiques co-extrudées, caractérisé que la matière thermoplastique constitutive de la couche de protection est déterminée en sorte de rester déformable pendant le retrait la matière mine, lors du refroidissement. 2. Procédé selon la revendication1 pour la fabrication de crayons dont la matière mine a un coefficient de dilatation élevé, notamment de crayonsà mine tendre. 3. Procédé selon l'une des revendications1 ou 2, caractérisé ce que le point de solidification de la matière thermoplastique constitutive la couche de protection est inférieur au point de solidification de la matière thermoplastique constitutive de la matière mine. 4. Procédé selon la revendication3 caractérisé en ce que l'écart entre les points de solidification de la matière mine et de la couche de protection de l'ordre de à 200C. 5. Procédé selon l'une des revendications3 ou 4 caractérisé ce que pour abaisser le point de solidification de la couche de protection, on met en oeuvre comme additif soit un thermoplastique élastomère soit copolyrnère éthyl- vinyl-acétate (EVA). 6. Crayon constitué par la superposition d'une âme en une première matière thermoplastique chargée dénommée matière mine, d'une couche de protection d'une matière thermoplastique non-expansée et d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois, caractérisé en ce que matière thermoplastique constitutive de la couche de protection a un point de solidification qui est inférieurà celui de la matière thermoplastique constitutive de la matière mine. 7. Crayon selon la revendication5 caractérisé en ce que la couche de protection contient un thermoplastique élastomère ou un copolymère éthyl-vinyl-acetate (EVA). 8. Crayon selon la revendication6 caractérisé en ce que la couche de protection comporte, comme matière thermoplastique, un polymère styrénique. 9# Crayon selon la revendication7 caractérisé en ce que la couche de protection comporte de70 à 95% d'un composé styrénique et de5 à 30% thermoplastique élastomère ou d'un copolymère éthyl-vinyl-acétate. 10. Crayon selon la revendication6 constitué par la superposition d'une en une première matière thermoplastique chargée dénomrnée matière mine d'une couche de protection d'une matière thermoplastique non-expansée d'une couche d'une deuxième matière thermoplastique expansée dénommée matière bois, caractérisé en ce que la couche de protection est déformable à chaud et reste souple après refroidissement. 11. Crayon selon la revendication10 caractérisé en ce que la couche de protection est dans un thermoplastique élastomère.