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Articles à structure cellulaire homogène et leur procédé d'obtention
La présente invention concerne des articles à structure cellulaire très régulière et très homogène obtenus par moulage par injection à partir de compositions polymériques comprenant un polymère thermoplastique, un agent de renforcement fibreux et un agent porophore. Elle concerne aussi l'obtention de tels articles par un procédé de moulage par injection.
Des articles à structure cellulaire, utilisables notamment comme pièces techniques assurant une bonne isolation thermique et/ou phonique accompagnée d'une bonne rigidité sont généralement fabriqués à partir de compositions polymériques comprenant un polymère thermoplastique, un agent de renforcement fibreux et un agent porophore. Les structures cellulaires obtenues jusqu'à présent par moulage par injection sont toutefois généralement irrégulières, contiennent des alvéoles de diamètres compris entre quelques microns et plusieurs millimètres et présentent souvent des défauts de surface inévitables (crevasses, etc. ).
Or, comme une structure cellulaire irrégulière influence défavorablement les propriétés mécaniques finals des pièces techniques, il est souhaitable d'obtenir des articles à structure cellulaire très homogène et très fine.
La présente invention a, dès lors, pour objet de fournir des articles à structure cellulaire très fine et très homogène présentant en conséquence d'excellentes propriétés mécaniques et des propriétés d'isolation thermique et phonique remarquables.
L'invention concerne donc des articles à structure cellulaire obtenus par moulage par injection de compositions polymériques comprenant un polymère thermoplastique, un agent de renforcement fibreux et un agent porophore caractérisés en ce que ladite structure cellulaire est constituée d'alvéoles dont au moins 90 % présentent un diamètre compris entre 0,1 et 1
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micromètre (pm).
A titre de polymères thermoplastiques entrant dans la composition des articles à structure cellulaire, on peut citer les polyoléfines, telles que le polyéthylène et le polypropylène, les polyesters thermoplastiques, tels que le polyéthylène téréphtalate et le polybutylène téréphtalate, les polyamides, etc.
Parmi tous ces polymères thermoplastiques, les polyamides sont préférés. Ces polyamides peuvent être choisis parmi les polyamides dérivés d'amines aliphatiques, alicycliques et aromatiques, d'une part, et d'acides dicarboxyliques aliphatiques, alicycliques et aromatiques, d'autre part.
Des exemples d'amines utilisables sont l'hexaméthylène diamine, la décaméthylène diamine, la dodécaméthylène diamine, les 2,2, 4- et 2,4, 4-triméthylhexaméthylène diamines, les 1,3 et 1, 4-bis- (aminométhyl) cyclohexanes, le bis (p-aminocyclohexylméthane), la m-xylylène diamine et la p-xylylène diamine.
Des exemples d'acides utilisables sont les acides adipique, subérique, sébacique, glutarique, azélaique, cyclohexanedicarboxylique, isophtalique et téréphtalique.
Il peut aussi s'agir de polyamides dérivés d'halogénures acylés ou de diesters alkylés de ces acides, d'acides aminocarboxyliques tels que les acides 6-aminocaproique, 6-aminocaprylique, 6-aminolaurique, 11-aminoundécanoique et 12-aminododécanoïque par exemple, ou encore de lactames dérivés de ces acides, tels que le s-caprolactame et le o-dodécalactame par exemple.
Des exemples de polyamides utilisables sont le polyhexaméthylène adipamide (nylon 66), le polyhexaméthylène sébacamide (nylon 610), le polycapramide (nylon 6), le polydodécanamide (nylon 12) et des polyamides résultant de la polycondensation de xylylène diamines avec des acides et, o-dicarboxyliques aliphatiques.
Ces polyamides peuvent être dérivés de plus d'une amine ou de plus d'un acide ; des mélanges de polyamides différents sont aussi utilisables.
Des polyamides particulièrement préférés, compte tenu de leur bonne rigidité et de leur faible absorption d'humidité, sont
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les polyamides obtenus par polycondensation de xylylène diamines avec des acides a, o-dicarboxyliques aliphatiques contenant de 6 à 12 atomes de carbone. Un polyamide tout particulièrement préféré dans le cadre de la présente invention et dénommé ci-après PAMXD6 est obtenu par réaction de condensation de m-xylylène diamine avec l'acide adipique.
Les compositions polymériques utilisables pour fabriquer les articles à structure cellulaire selon l'invention contiennent également un agent de renforcement fibreux. L'agent de renforcement fibreux peut être choisi parmi les fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de carbures ou de borures métalliques, des whiskes, etc.
Un agent de renforcement fibreux préféré est constitué par les fibres de verre, éventuellement traitées par des agents de couplage conventionnels. A titre de pareils agents on peut citer les silanes. La quantité d'agent de renforcement fibreux présente dans les compositions polymériques peut varier entre 10 à 80 % en poids, et de préférence de 20 à 70 % en poids, du poids total de la composition polymérique. Les meilleurs résultats sont enregistrés lorsque l'agent de renforcement fibreux constitue de 35 à 65 X en poids du poids total de la composition polymérique mise en oeuvre.
Les compositions polymériques utilisables pour fabriquer les articles à structure cellulaire selon l'invention contiennent encore un agent porophore. L'agent porophore peut être tout composé organique complexe qui, lorsqu'il est chauffé, se décompose en libérant des gaz, le plus souvent de l'azote, et qui laisse subsister des résidus, de préférence, compatibles avec le polymère thermoplastique.
L'agent porophore doit, de préférence, avoir la propriété de se décomposer dans une gamme de températures étroite, ce qui est particulièrement avantageux quand on souhaite obtenir une bonne structure cellulaire. Le choix de l'agent porophore dépend essentiellement de la gamme de températures utilisable pour la mise en oeuvre des compositions polymériques. L'agent porophore est généralement choisi parmi l'azodicarbonamide, les dérivés
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d'hydrazine, les semi-carbazides et les tétrazoles.
La quantité d'agent porophore dans les compositions polymériques peut varier suivant le degré d'expansion voulu. Avantageusement, l'agent porophore est utilisé à raison de 0,1 à 10 parties en poids pour 100 parties en poids du polymère thermoplastique. De préférence, l'agent porophore est utilisé à raison de 0,2 à 3 parties en poids pour 100 parties en poids de polymère thermoplastique. Ces quantités de l'agent porophore conduisent généralement à des articles à structure cellulaire dont les densités sont inférieures à 95 X de la densité des compositions polymériques, et de préférence inférieures à 90 % de la densité des compositions polymériques.
Outre l'agent de renforcement fibreux et l'agent porophore, les compositions polymériques utilisables pour fabriquer les articles à structure cellulaire selon l'invention peuvent encore contenir des additifs conventionnels tels que ceux énumérés ci-après à titre non limitatif : - charges inorganiques ; - ignifugeants ; - agent antistatiques ; - colorants ; - pigments ; - agents de démoulage ; etc.
Les compositions polymériques peuvent enfin contenir des stabilisants (à la chaleur, à la lumière, antioxydants...) conventionnels, ainsi que des agents de nucléation, tels que du talc, des phosphinates de métaux alcalins et alcalino-terreux.
Lorsque le polymère thermoplastique contenu dans les compositions polymériques est le polyamide PAMXD6, un agent de nucléation préféré est le polyhexaméthylène adipamide (nylon 66).
Les compositions polymériques utilisables dans le cadre de la présente invention sont préparées par mélange à sec de granules à base de polymère thermoplastique, contenant l'agent de renforcement fibreux et d'autres additifs éventuels, avec l'agent porophore. Pour réaliser le mélange à sec, on peut utiliser
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n'importe quel mélangeur, tels que les mélangeurs à ruban, les mélangeurs à tambour, les mélangeurs rapides commercialisés par les firmes HENSHEL, LOEDIGE, DYOSNA, etc.
La structure cellulaire des articles obtenus selon
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l'invention est constituée d'alvéoles dont au moins 90 % possèdent un diamètre compris entre 0, 1 et 1 um. Par alvéoles, on entend désigner les vides, formés par le gaz résolvant de la décomposition de l'agent porophore, à l'intérieur desdits articles et dont la forme est aussi proche que possible de la forme d'une sphère. Cette forme peut être exprimée par le rapport D/d dans lequel D et d représentent respectivement le grand axe et le petit axe de ces alvéoles. Ce rapport est généralement inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,5. Le diamètre D est déterminé selon les méthodes connues en microscopie, en observant un nombre suffisant d'échantillons de surfaces découpées dans les articles.
La présente invention a également pour objet de fournir un procédé particulier qui permet d'obtenir par moulage par injection des articles de structure cellulaire tels que définis ci-avant. L'invention concerne donc également un procédé de moulage par injection des articles à structure cellulaire définis ci-dessous selon lequel :
- on effectue la plastification des compositions polymériques à une température inférieure à la température de décomposition de l'agent porophore, - on assure l'écoulement desdites compositions polymériques au travers de canaux d'alimentation du moule d'injection de façon à dépasser la température de décomposition de l'agent porophore, - et on provoque l'expansion des compositions polymériques dès l'introduction dans le moule d'injection de manière à assurer un régime turbulent lors de l'écoulement desdites compositions polymériques au travers desdits canaux d'alimentation.
Dans le procédé de moulage par injection selon l'invention, la plastification des compositions polymériques est réalisée dans une extrudeuse, de préférence, une extrudeuse monovis équipée d'une vis de type universel. Celle-ci est de préférence munie
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d'une bague anti-retour. Durant la plastification, les compositions polymériques sont amenées en phase fondue. Il est important que la température de la matière fondue à la fin de la phase de plastification reste inférieure à la température de décomposition de l'agent porophore pour éviter une décomposition prématurée de l'agent porophore dans l'extrudeuse ou dans le nez d'injection, pièce qui à l'extrémité du fourreau assure le contact avec le moule.
Dans le procédé selon l'invention, les compositions polymériques sont, après plastification, introduites dans le moule d'injection par écoulement au travers d'un ou plusieurs canaux d'alimentation. Ces canaux d'alimentation peuvent présenter une section circulaire ou rectangulaire. De préférence, la section est rectangulaire et présente un rapport longueur/largeur supérieur à 20, et de préférence à 30. L'écoulement des compositions polymériques au travers des canaux d'alimentation doit être réglée de façon telle que la température desdites compositions polymériques dépasse la température de décomposition de l'agent porophore à l'entrée de la cavité du moule d'injection par l'effet d'échauffement découlant des effets de cisaillement ("auto-échauffement").
Dans le procédé de moulage par injection des compositions polymériques selon l'invention, l'écoulement desdites compositions polymériques au travers des canaux d'alimentation doit être en régime turbulent. Par régime turbulent d'écoulement, on entend désigner les écoulements qui sont caractérisés par des irrégularités des lignes d'écoulement à l'intérieur des canaux d'alimentation, le plus souvent sous forme de tourbillons. Ce phénomène de régime turbulent d'écoulement peut être observé lorsque la vitesse d'écoulement dépasse une valeur critique par l'apparition d'une distortion irrégulière du produit sortant du canal. La surface et la section du produit sortant du canal deviennent tout-à-fait inégales et cette distortion augmente d'intensité avec la vitesse d'écoulement.
Ce phénomène de turbulence d'écoulement des matières thermoplastiques a reçu le nom générique de"rupture de fusion".
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(voir C. B. Han : Rheology in Polymer Processing, Academic Press, New-York-San Fransisco-London, 1976, pages 304 à 315).
Ce phénomène de "rupture de fusion"apparaît pour un débit (ou vitesse d'écoulement) déterminé auquel correspond une pression d'écoulement (ou tension de cisaillement), et devient de plus en plus important au fur et à mesure que la vitesse d'écoulement augmente. L'apparition du régime turbulent d'écoulement des matières thermoplastiques est caractérisée par une valeur critique yc du gradient de vitesse d'écoulement le long de la paroi du canal. Cette valeur critique Yc est généralement fonction du poids moléculaire du polymère thermoplastique, de sa distribution moléculaire, de la teneur et de la géométrie d'agent de renforcement fibreux et de la température d'écoulement du polymère thermoplastique.
A titre d'exemple, on peut signaler que pour les compositions polymériques préférées selon l'invention, contenant le polyamide PAMXD6 comme polymère thermoplastique, la valeur critique du gradient de vitesse d'écoulement est généralement compris entre 90000 et 300000 s-1, et de préférence, entre 120000 et 250000 s-1.
Dès que cette valeur critique Yc est connue pour une composition polymère donnée, la section du canal d'injection peut être conçu de façon telle qu'on dépasse cette valeur limite pour les conditions d'injection utilisées.
La valeur critique Yc du gradient de vitesse d'écoulement est mesurée conventionnellement sur viscosimètre capillaire, par exploitation des pertes de charge et par l'observation de l'extrudat lors de l'extrusion au travers d'un capillaire dont le rapport entre la longueur et le rayon est connu (voir C. H. Han : ibidem).
Dans le procédé de moulage par injection selon l'invention, l'expansion des compositions polymériques est provoquée dès l'introduction dans le moule d'injection par la présence d'évents suffisants dans le moule d'injection, ce qui évite une compression adiabatique de l'air emprisonné dans le moule d'injection.
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Les exemples suivants servent à illustrer l'invention.
Exemple 1 (selon l'invention)
On prépare une composition polymérique en mélangeant à sec entre eux les constituants suivants dans les proportions indiquées : - 100 parties en poids de polyamide PAMXD6 renforcé de 30 % en poids de fibres de verre commercialisé par la société Solvay &
Cie sous la dénomination IXEF 1002 ; - 0, 4 partie de l'agent porophore à base de dérivés aromatiques d'hydrazine commercialisé par la firme Uniroyal sous la dénomi- nation CEL0GEN UT 550.
La composition polymérique est ensuite plastifiée dans une presse d'injection de la marque SANDRETTO, équipée d'une monovis, jusqu'à la température de 250oC. La matière fondue est ensuite injectée dans la cavité du moule d'injection à l'aide d'un canal d'alimentation de section rectangulaire, dont la largeur est 0,5 mm et la longueur est 18 mm. La cavité du moule d'injection présente une forme sphéroïdale de 73 mm de diamètre.
Les conditions d'injection sont les suivantes : - temps d'injection : 1 seconde - température du moule : 500C - quantité de matière injectée : 217 g.
Avec ces conditions d'injection, le gradient de vitesse d'écoulement le long de la paroi est égal à 192000 s-1 et l'écoulement au travers du canal d'alimentation est en régime turbulent.
La densité de la composition polymérique, qui, avant le moulage par injection, était égale à 1,43 g/cm3, est passée à
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1, 05 g/cm3. ! Le taux d'expansion vaut 1, 35. La structure cellulaire de l'article obtenu est très régulière (alvéoles de 0, 3 pm de diamètre moyen) et à distribution très étroite (tous les diamètres d'alvéoles compris entre 0, 2 et 0, 4 um).
L'article à structure cellulaire obtenu selon l'invention ne présente aucun défaut de surface.
Exemple 1R
Cet exemple est donné à titre de comparaison. On répète
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l'exemple 1, mais en utilisant un canal d'alimentation du moule d'injection de section rectangulaire avec une largeur de 1 mm au lieu de 0,5 mm. Le gradient de vitesse d'écoulement le long de la paroi est égal à 48000 s" et l'écoulement s'effectue en régime laminaire. La structure cellulaire de l'article obtenu est irrégulière et constituée d'alvéoles dont les diamètres sont compris entre 10 micromètres et 5 millimètres.
Exemple 2R
Cet exemple est donné à titre de comparaison. On répète l'exemple 1, mais en utilisant un canal d'alimentation du moule d'injection de section circulaire avec une surface de 7 mm2.
Le gradient de vitesse d'écoulement le long de la paroi est égal à 58000 s-1 et l'écoulement s'effectue en régime laminaire.
La structure cellulaire de l'article obtenu est irrégulière et constituée d'alvéoles avec des diamètres compris entre 10 micromètres et 5 millimètres.
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Articles with homogeneous cell structure and process for obtaining them
The present invention relates to articles with a very regular and very homogeneous cell structure obtained by injection molding from polymeric compositions comprising a thermoplastic polymer, a fibrous reinforcing agent and a porophore agent. It also relates to obtaining such articles by an injection molding process.
Articles with a cellular structure, usable in particular as technical parts ensuring good thermal and / or sound insulation accompanied by good rigidity are generally made from polymeric compositions comprising a thermoplastic polymer, a fibrous reinforcing agent and a porophore agent. The cellular structures obtained until now by injection molding, however, are generally irregular, contain cells of diameters between a few microns and several millimeters and often have inevitable surface defects (crevices, etc.).
However, as an irregular cell structure has an unfavorable influence on the final mechanical properties of the technical parts, it is desirable to obtain articles with a very homogeneous and very fine cell structure.
The object of the present invention is therefore to provide articles with a very fine and very homogeneous cellular structure which consequently exhibit excellent mechanical properties and remarkable thermal and sound insulation properties.
The invention therefore relates to articles with a cellular structure obtained by injection molding of polymeric compositions comprising a thermoplastic polymer, a fibrous reinforcing agent and a porophore agent characterized in that said cellular structure consists of cells of which at least 90% have a diameter between 0.1 and 1
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micrometer (pm).
As thermoplastic polymers used in the composition of articles with a cellular structure, mention may be made of polyolefins, such as polyethylene and polypropylene, thermoplastic polyesters, such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyamides, etc.
Among all these thermoplastic polymers, polyamides are preferred. These polyamides can be chosen from polyamides derived from aliphatic, alicyclic and aromatic amines, on the one hand, and aliphatic, alicyclic and aromatic dicarboxylic acids, on the other hand.
Examples of usable amines are hexamethylene diamine, decamethylene diamine, dodecamethylene diamine, 2,2, 4- and 2,4, 4-trimethylhexamethylene diamines, 1,3 and 1, 4-bis- (aminomethyl ) cyclohexanes, bis (p-aminocyclohexylmethane), m-xylylene diamine and p-xylylene diamine.
Examples of acids which can be used are adipic, suberic, sebacic, glutaric, azelaic, cyclohexanedicarboxylic, isophthalic and terephthalic acids.
It may also be polyamides derived from acyl halides or alkylated diesters of these acids, aminocarboxylic acids such as 6-aminocaproic, 6-aminocaprylic, 6-aminolauric, 11-aminoundecanoic and 12-aminododecanoic acids for example , or lactams derived from these acids, such as s-caprolactam and o-dodecalactam for example.
Examples of polyamides which can be used are polyhexamethylene adipamide (nylon 66), polyhexamethylene sebacamide (nylon 610), polycapramide (nylon 6), polydodecanamide (nylon 12) and polyamides resulting from the polycondensation of xylylene diamines with acids and, aliphatic o-dicarboxylics.
These polyamides can be derived from more than one amine or from more than one acid; mixtures of different polyamides can also be used.
Particularly preferred polyamides, given their good rigidity and low moisture absorption, are
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polyamides obtained by polycondensation of xylylene diamines with aliphatic α, o-dicarboxylic acids containing from 6 to 12 carbon atoms. A very particularly preferred polyamide in the context of the present invention and hereinafter called PAMXD6 is obtained by condensation reaction of m-xylylene diamine with adipic acid.
The polymeric compositions which can be used for manufacturing the articles with a cellular structure according to the invention also contain a fibrous reinforcing agent. The fibrous reinforcing agent can be chosen from glass fibers, carbon fibers, carbide or metal boride fibers, whiskeys, etc.
A preferred fibrous reinforcing agent consists of glass fibers, optionally treated with conventional coupling agents. Mention may be made, as such agents, of silanes. The amount of fibrous reinforcing agent present in the polymeric compositions can vary between 10 to 80% by weight, and preferably from 20 to 70% by weight, of the total weight of the polymeric composition. The best results are recorded when the fibrous reinforcing agent constitutes from 35 to 65% by weight of the total weight of the polymer composition used.
The polymeric compositions which can be used for manufacturing the articles with a cellular structure according to the invention also contain a pore-forming agent. The porophore agent can be any complex organic compound which, when heated, decomposes by releasing gases, most often nitrogen, and which leaves residues, preferably compatible with the thermoplastic polymer.
The porophore agent should preferably have the property of decomposing in a narrow temperature range, which is particularly advantageous when it is desired to obtain a good cellular structure. The choice of the porophore agent depends essentially on the range of temperatures usable for the implementation of the polymeric compositions. The porophore agent is generally chosen from azodicarbonamide, derivatives
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hydrazine, semi-carbazides and tetrazoles.
The amount of pore-forming agent in the polymer compositions can vary depending on the degree of expansion desired. Advantageously, the porophore agent is used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the thermoplastic polymer. Preferably, the porophore agent is used in an amount of 0.2 to 3 parts by weight per 100 parts by weight of thermoplastic polymer. These quantities of the porophore agent generally lead to articles with a cellular structure, the densities of which are less than 95% of the density of the polymeric compositions, and preferably less than 90% of the density of the polymeric compositions.
In addition to the fibrous reinforcing agent and the porophore agent, the polymeric compositions which can be used for manufacturing the articles with a cellular structure according to the invention may also contain conventional additives such as those listed below without implied limitation: - inorganic fillers; - flame retardants; - antistatic agent; - dyes; - pigments; - release agents; etc.
The polymeric compositions can finally contain stabilizers (heat, light, antioxidants, etc.), as well as nucleating agents, such as talc, phosphinates of alkali and alkaline earth metals.
When the thermoplastic polymer contained in the polymer compositions is polyamide PAMXD6, a preferred nucleating agent is polyhexamethylene adipamide (nylon 66).
The polymeric compositions which can be used in the context of the present invention are prepared by dry mixing of granules based on a thermoplastic polymer, containing the fibrous reinforcing agent and other optional additives, with the pore-forming agent. To dry mix, you can use
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any mixer, such as ribbon mixers, drum mixers, fast mixers marketed by the firms HENSHEL, LOEDIGE, DYOSNA, etc.
The cellular structure of the articles obtained according to
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the invention consists of cells of which at least 90% have a diameter of between 0.1 and 1 μm. By alveoli is meant the voids, formed by the gas resolving the decomposition of the pore-forming agent, inside said articles and whose shape is as close as possible to the shape of a sphere. This shape can be expressed by the ratio D / d in which D and d respectively represent the major axis and the minor axis of these cells. This ratio is generally less than 2, preferably less than 1.5. The diameter D is determined according to the methods known in microscopy, by observing a sufficient number of samples of surfaces cut from the articles.
The present invention also aims to provide a particular process which makes it possible to obtain, by injection molding, articles of cellular structure as defined above. The invention therefore also relates to a method of injection molding of articles with a cellular structure defined below, according to which:
- plasticizing the polymeric compositions is carried out at a temperature below the decomposition temperature of the pore-forming agent, - ensuring the flow of said polymeric compositions through feed channels of the injection mold so as to exceed the temperature decomposing the porophore agent, - and causing the expansion of the polymeric compositions upon introduction into the injection mold so as to ensure a turbulent regime during the flow of said polymeric compositions through said feed channels .
In the injection molding process according to the invention, the plasticization of the polymeric compositions is carried out in an extruder, preferably a single screw extruder equipped with a universal type screw. This is preferably provided
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a non-return ring. During the plasticization, the polymeric compositions are brought into the molten phase. It is important that the temperature of the molten material at the end of the plasticization phase remains lower than the decomposition temperature of the pore-forming agent to avoid premature decomposition of the pore-forming agent in the extruder or in the nose. injection, part which at the end of the sheath ensures contact with the mold.
In the process according to the invention, the polymeric compositions are, after plasticization, introduced into the injection mold by flow through one or more supply channels. These supply channels can have a circular or rectangular section. Preferably, the section is rectangular and has a length / width ratio greater than 20, and preferably more than 30. The flow of the polymeric compositions through the feed channels must be adjusted so that the temperature of said polymeric compositions exceeds the decomposition temperature of the pore-forming agent at the entrance to the cavity of the injection mold by the heating effect resulting from the shearing effects ("self-heating").
In the injection molding process of the polymeric compositions according to the invention, the flow of said polymeric compositions through the feed channels must be in turbulent regime. By turbulent flow regime is meant to denote flows which are characterized by irregularities of the flow lines inside the supply channels, most often in the form of vortices. This turbulent flow regime phenomenon can be observed when the flow speed exceeds a critical value by the appearance of an irregular distortion of the product leaving the channel. The surface and the section of the product leaving the channel become completely uneven and this distortion increases in intensity with the speed of flow.
This phenomenon of turbulence in the flow of thermoplastics has received the generic name of "rupture of fusion".
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(see C. B. Han: Rheology in Polymer Processing, Academic Press, New-York-San Fransisco-London, 1976, pages 304 to 315).
This phenomenon of "rupture of fusion" appears for a determined flow rate (or flow speed) to which corresponds a flow pressure (or shear stress), and becomes more and more important as the speed d flow increases. The appearance of the turbulent flow regime of thermoplastics is characterized by a critical value yc of the flow velocity gradient along the wall of the channel. This critical value Yc is generally a function of the molecular weight of the thermoplastic polymer, its molecular distribution, the content and geometry of the fibrous reinforcing agent and the flow temperature of the thermoplastic polymer.
By way of example, it may be noted that for the preferred polymeric compositions according to the invention, containing the polyamide PAMXD6 as a thermoplastic polymer, the critical value of the flow rate gradient is generally between 90,000 and 300,000 s-1, and preferably between 120,000 and 250,000 s-1.
As soon as this critical value Yc is known for a given polymer composition, the cross section of the injection channel can be designed so that this limit value is exceeded for the injection conditions used.
The critical value Yc of the flow velocity gradient is conventionally measured on a capillary viscometer, by exploiting the pressure drops and by observing the extrudate during extrusion through a capillary whose ratio between the length and the radius is known (see CH Han: ibidem).
In the injection molding process according to the invention, the expansion of the polymeric compositions is brought about upon introduction into the injection mold by the presence of sufficient vents in the injection mold, which avoids adiabatic compression. air trapped in the injection mold.
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The following examples serve to illustrate the invention.
Example 1 (according to the invention)
A polymer composition is prepared by dry mixing together the following constituents in the proportions indicated: - 100 parts by weight of polyamide PAMXD6 reinforced with 30% by weight of glass fibers sold by the company Solvay &
Cie under the name IXEF 1002; - 0.4 part of the porophore agent based on aromatic hydrazine derivatives marketed by the company Uniroyal under the name CEL0GEN UT 550.
The polymeric composition is then plasticized in an injection press of the SANDRETTO brand, equipped with a single screw, up to the temperature of 250oC. The molten material is then injected into the cavity of the injection mold using a supply channel of rectangular section, the width of which is 0.5 mm and the length of which is 18 mm. The cavity of the injection mold has a spheroidal shape of 73 mm in diameter.
The injection conditions are as follows: - injection time: 1 second - mold temperature: 500C - quantity of material injected: 217 g.
With these injection conditions, the flow velocity gradient along the wall is equal to 192000 s-1 and the flow through the supply channel is in turbulent regime.
The density of the polymer composition, which, before injection molding, was equal to 1.43 g / cm3, increased to
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1.05 g / cm3. ! The rate of expansion is 1.35. The cellular structure of the article obtained is very regular (cells of 0.3 μm in average diameter) and of very narrow distribution (all the diameters of cells between 0.2 and 0.4 µm).
The cell structure article obtained according to the invention has no surface defect.
Example 1R
This example is given for comparison. We repeat
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example 1, but using a feed channel of the injection mold of rectangular section with a width of 1 mm instead of 0.5 mm. The flow velocity gradient along the wall is equal to 48000 s "and the flow takes place in a laminar regime. The cellular structure of the article obtained is irregular and made up of cells with diameters between 10 micrometers and 5 millimeters.
Example 2R
This example is given for comparison. Example 1 is repeated, but using a feed channel for the injection mold of circular section with an area of 7 mm 2.
The flow velocity gradient along the wall is equal to 58000 s-1 and the flow takes place in a laminar regime.
The cellular structure of the article obtained is irregular and consists of cells with diameters between 10 micrometers and 5 millimeters.