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La présente invention a pour objet un procède de fabrication d' objets moulés en matière plastique, et plus précisément, un procédé amélioré pour préconditionner la masse plastique avant l'opération de moulage dans les machines à mouler de grande capacité,
Comme il est bien connu dans la technique du moulage des plasti- ques, immédiatement avant le moulage de la masse plastique, qu'elle soit thermo-durcissante ou thermoplastique, il faut la chauffer uniformément dans toute sa masse à une température définie à laquelle la masse sera suffisam- ment molle ou suffisamment plastiqua:
, pour qu'elle puisse couler sous la pression de moulage,
Quand on procède à ce chauffage à une température uniforme, il faut prendre soin de ne pas dépasser la température critique du plastique, car si l'on surchauffe une partie quelconque du plastique, il en résulte un brûlage et un moulage défectueux. En outre, dans le cas du plastique thermo-durcissant, le surchauffage peut causer la polymérisation et conver- tir le plastique en une forme insoluble et infusible avant son entrée dans le moule.
Un mode de chauffage des plastiques avant moulage consiste à p '- voir une chambre auxiliaire d'alimentation en plastique, auprès de la cham- bre d'injection de la machine à mouler les plastiques. La chambre d'alimen- tation est ordinairement munie d'une vis transporteuse pour faire avancer la matière à travers la chambre d'alimentation et dans la chambre d'injection.
La chambre d'injection peut posséder une torpille pour étaler le plastique en pellicule mince, pour un chauffage uniforme et final avant l'injection.
Une source de chaleur extérieure entoure les parois cylindriques de chacune des chambres, pour élever la température du plastique à mesure qu'il avance dans ces chambres,,.,
Dans les machines à mouler les plastiques qui sont relativement petites, jusqu'à environ 1100 g de capacité, on peut préconditionner le plastique en prévoyant un système de chauffage et de refroidissement entou- rant la chambre d'alimentation, à fonctionnement coordonné, pour régler de près la température de la matière. Etant donné que la massequi traverse la chambre d'alimentation est relativement petite, on peut réaliser un chauf- fage uniforme dans toute la masse en un temps suffisamment court pour que ce soit praticable.
Toutefois, dans les grandes machines à mouler les plastiques, d'une capacité de 1.700 g et plus, il est extrêmement difficile de réaliser une température uniforme dans l'intervalle de moulage, et cela prend un temps considérable quand la source de chaleur sur laquelle on compte est constituée uniquement par les bandes chauffantes entourant la chambre d'alimentation.
Quand un grand volume de plastique est contenu entre l'alimentation à vis et les parois extérieures de la chambre d'alimentation, les couches inté- rieures de matière ne sont souvent pas chauffées à la même température que les couches extérieures. Cela est accentué par le fait que le plastique @@ mauvais conducteur de la chaleur.
En particulier, dans les machines à mouler les plastiques du ty- pe qui maintient la matière chauffée, pendant un certain laps de temps, à un etat à peu près stationnaire avant l'opération d'injection, l'usage de' chaleur appliquée extérieurement peut causer des points de surchauffe et des brûlages de la matière plastique- pendant ces périodes de maintien,. Les tentatives faites pour élever ou abaisser la température des sources de cet- te chaleur extérieure de façon coordonnée avec la mise en marche et l'arrêt de la vis, soulèvent des problèmes plus au moins sérieux.
Cela nécessite tout au moins des commandes supplémentaires, qui augmentent le coût de la machine, et dans d'autres cas, ce procédé de réglage est inefficace, de tou- te façon, étant donné le dépassement de la température par la chaleur emmagasinee dans les éléments chauffants.
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Il est donc désirable de créer un procédé de chauffage de la matière plastique, qui soit rapide et efficace, mais qui suive automatiquement la marche et le repos de la vis transporteuse.;) avec une exactitude suffisante pour qu'il n'y ait pas de danger de surchauffer la matière quand la vis ne tourne pas.
L'inventeur a découvert que, si on limite le chauffage assuré par une source extérieure à un point tel que la température de la masse plastique soit bien inférieure au point où le dommage peut se produire, on peut alors amener à une température uniforme la masse plastique comprise dans 1' intervalle de moulage, grâce à la chaleur de frottement engendrée par le travail mécanique de la masse plastique par la vis transporteuse, et que l'on peut y parvenir en un temps suffisamment court et avec un réglage suf- fisamment exact pour que ce soit utilisable,
Ainsi, pour les matières thermoplastiques,
la chaleur appliquée extérieurement sera limitée à une température à laquelle la matière plastique soit suffisamment molle pour permettre à la vis de tourner lorsqu'on lui applique une quantité raisonnable d'énergie, mais bien inférieure à la température à laquelle il se produirait un brûlage, un roussissement ou une décomposition, Ainsi, quel que soit le temps de séjour de la matière dans la machine, dans les limites d'un cycle normal de travail, même les parties les plus voisines des plaques chauffantes ne seront pas endommagées.
Pour les matières thermo- durcissantes, la température sera bien inférieure à celle de polymérisation, de sorte qu'ici encore, quel que soit le temps pendant lequel la matière séjourne, la vis étant immobile, dans les limites d'un cycle de travail, il ne se produira pas de polymérisation indésirable.
Evidemment, ces niveaux de température varieront avec la matière que l'on moule, mais il sera désirable de les maintenir aussi élevées que possible, afin de diminuer l'énergie nécessaire à la vis lorsqu'on la met en marche en partant, chaque fois, de l'état de repos.
Par ce procédé, on peut chauffer le plastique uniformément dans toute sa masse, en 'on temps relativement court sans risque de surchauffage, La chaleur intérieure produite par le travail mécanique de la vis transporteuse se distribue uniformément dans toute la masse plastique, à mesure que toutes les parties de la masse sont travaillées, quelle que soit la quantité de plastique contenue dans la chambre d'alimentation.
Comme le plastique est un mauvais conducteur de la chaleur, la chaleur intérieure engendrée est facilement retenue dans la masse plastique,
Sur les dessins :
Fig. 1 est une vue en élévation latérale de la chambre d'alimentation, en coupe transversale;
Fig. 2 est une vue en élévation latérale de la chambre d'alimentation et de la chambre à moulage par injection, en partie ouverte, montrant les relations de communication entre les chambres séparées.
Fige 3 est une représentation d'un type différent de vis, par lequel on peut efficacement appliquer la présente invention, au lieu de la vis représentée.par la fig. 1.
Comme on le voit sur les dessins, la machine à mouler les plastiques comprend essentiellement une chambre d'alimentation horizontale possédant une vis transporteuse 11, une série de bandes chauffantes 12 et une trémie d'alimentation 13; un cylindre d'injection 14, possédant un piston d'injection 15 et un autre élément chauffant 16, autour de l'extérieur du cylindre d'injection.
Pour appliquer le procédé de l'invention, on place le plastique dans la trémie 13 d'où les matières arrivent dans l'ouverture 17 de la chambre d'alimentation. Une fois que le plastique est dans la chambre d'alimentation, il est saisi par la vis transporteuse 11, et transporté horizonta-
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lement le long de l'ouverture de la chambre d'alimentation.
Les éléments chauffants 12 sont réglés à une température bien in- férieure à l'intervalle critique de moulage, et servent à chauffer initiale- ment le plastique tandis qu'il se déplace le long de la vis transporteuse 11.
Du fait que l'on règle la température des bandes chauffantes bien en dessous de l'intervalle de moulage, il n'y a pas de risque de surchauffer la masse plastique en aucun point.
La chaleur ajoutée nécessaire pour amener la masse plastique à une température uniforme comprise dans l'intervalle de moulage, est produi- te par le frottement intérieur du travail mécanique assuré par la vis trans- porteuse 11, à mesure que la masse plastique se déplace le long de l'ouver- ture 17 de la chambre d'alimentation. Quand la masse plastique est travail- lée et mélangée sous pression par le filet de la vis transporteuse 11, le plastique engendre rapidement une chaleur interne. Le malaxage constant par la vis transporteuse assure une température uniforme dans toute la masse.
La quantité de chaleur mécanique engendrée correspondra, dans un cas donné, à la longueur et au pas de la vis transporteuse 11. Comme on le voit ici sur les dessins, le pas de la vis transporteuse 11, dans cette for me de réalisation, diminue dans la portion de la vis transporteuse 11 qui est voisine de l'orifice 18 de la chambre d'injection.
Ainsi, la masse plastique est graduellement chauffée par les élé- ments chauffants extérieurs à mesure qu'elle se déplace le long de la premiè- re portion de la vis transporteuse 11, et il ne se produit qu'une faible quantité de chaleur mécanique interne. Une fois que la masse plastique a at- teint la température de la source extérieure de chaleur 12, il n'y a plus d'addition de chaleur, sauf celle effectuée par le travail mécanique de la vis transporteuse 11. Donc, le pas, le diamètre et la longueur de la vis transporteuse 11 peuvent être calculés, comme sur la figure 1, de manière à produire la plus grande partie de la chaleur mécanique juste avant l'entrée de la masse dans la chambre d'injection, et après que le plastique a atteint la température de la source de chaleur extérieure.
La vis de la fi- gure 3 illustre une variante du procédé de l'invention, en ce sens que le travail mécanique amène très rapidement la température au niveau désiré, à peu de distance avant l'orifice d'évacuation 19 de la chambre d'alimentation 17, et que le travail mécanique appliqué ensuite est simplement suffisant pour maintenir la matière à cette température. Le plastique est un conducteur de la chaleur assez mauvais pour que les arrêts momentanés de la rotation de la vis, qui se produisent lorsque le piston d'injection descend, Le permettent pas un refroidissement indésirable de la matière plastique.
Par ce procédé, on peut régler soigneusement la température de la masse plastique, on peut chauffer le plastique uniformément dans toute Sa masse sans danger ni de surchauffer ni de refroidir jusqu'à un point situe hors de l'intervalle de moulage, avant que la masse ne soit prête au moulage. Par le procédé de l'invention, on peut alors chauffer un grand volume de plastique à une température uniforme dans toute la masse, et en extraj- re des lots successifs pour les mouler.
L'opération de chauffage et de moulage peut être exécutée comme une seule opération continue, avec une seule machine. En outre, on peut s'adapter à n'importe quel type de plastique en réglant la source de chaleur extérieure.
L'invention est mieux illustrée par l'exemple suivant :
On place dans une trémie d'une machine à mouler de 1,800 g, comme décrit, 45 kg de polystyrène auquel on a mélangé une matière colorante usuelle, et qui a un intervalle de moulage de 204 C à 274 C. La chambre de vis a 1,50 m de long et 114 mm de diamètre, La vis est du type représenté sur la figure 3. La portion d'alimentation à double filet représentée à
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droite sur la figure 3 mesure 18 cm de long- La partie "A" de la vis a en- viron 40 cm de long, une partie "B" a 43 cm de long, et la partie "C" a en- viron 34 cm de long.
La hauteur de pas de la vis dans la partie "A" est de 12 cm; la hauteur de pas dans la partie "B" est d'environ 11 cm, tandis que le pas dans la partie "B" est d'environ 4 cm; la hauteur de pas dans la partie "G" est de 9 cm. Le diamètre fondamental maximum dans la partie "B" est de 9,5 cm. On met la vis transporteuse en marche à 140 t/m. après avoir réglé la source de chaleur extérieure à 177 C. On trouve que quand la masse plastique atteint un point voisin de l'extrémité sortie de la partie "A", elle a une température de 163 C, et que, quand elle pénètre dans la partie "C", elle a une température de 221 C. A l'extrémité sortie de la partie "C", elle est aussi de 221 C.
Dans le fonctionnement de la machine, on arrête la vis pendant des intervalles de 30 secondes, durant le fonctionnement du piston d'injection puis on la remet en marche. Dans chaque cas, il faut environ 32 Cv pour mettre la vis en marche, mais cette puissance décroît à 26 Gv après environ 6 tours de la vis: On ne note aucun changement important dans¯la température de la matière plastique à l'extémité sortie de la partie "C", au bout de l'un quelconque des intervalles de 30 secondes pendant lesquels-on arrête la vis.
Les produits moulés de la machine sont brisés après refroidissement en examinés, et on n'observe pas de parties endommagées, brûlées ou roussies.
REVENDICATIONS. l.- Un procédé de préparation d'une résine organique synthétique en vue de son moulage par une machine à fonctionnement intermittent, ledit procédé comprenant les étapes suivantes qui consistent : à placer une certaine quantité de la résine dans une zone délimitée, cette quantité étant supérieure à la quantité de résine traitée par la machine en un cycle de moulage donné, et la zone étant définie par des parois en matière conductrice de la chaleur; à appliquer la chaleur d'une source extérieure aux parois de la zone; à régler la chaleur de façon que la température des parois ne dépasse jamais une température fixée qui est supérieure à la température de ramollissement de la résine, mais inférieure à sa température de moulage;
à continuer à appliquer la chaleur de la source extérieure, à cette température fixée, et à effectuer de façon intermittente le travail mécanique de la résine au sein de la zone, puis à éjecter la résine de la zone pendant les périodes de ce travail mécanique, et, seulement alors, à terminer l'éjection, le travail mécanique étant suffisamment important pour porter la température de la résine à la température de moulage pendant les opérations d'éjection, sans qu'elle ait tendance à s'élever au-dessus de cette température entre les opérations d'éjection.
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The present invention relates to a process for manufacturing molded plastic objects, and more precisely, to an improved process for preconditioning the plastic mass before the molding operation in large capacity molding machines,
As is well known in the plastic molding art, immediately before the molding of the plastic mass, whether it be thermosetting or thermoplastic, it must be heated uniformly throughout its mass to a defined temperature at which the mass is mass will be sufficiently soft or sufficiently plastic:
, so that it can flow under the molding pressure,
When doing this heating to a uniform temperature, care must be taken not to exceed the critical temperature of the plastic, because overheating any part of the plastic results in burnout and faulty molding. Also, in the case of thermosetting plastic, overheating can cause polymerization and convert the plastic to an insoluble and infusible form before it enters the mold.
One method of heating plastics prior to molding is by viewing an auxiliary plastic supply chamber near the injection chamber of the plastics molding machine. The feed chamber is ordinarily provided with a conveyor screw for advancing material through the feed chamber and into the injection chamber.
The injection chamber may have a torpedo to spread the thin film plastic, for uniform and final heating before injection.
An external heat source surrounds the cylindrical walls of each of the chambers, to raise the temperature of the plastic as it advances through these chambers.
In plastic molding machines which are relatively small, up to about 1100 g in capacity, the plastic can be preconditioned by providing a heating and cooling system surrounding the feed chamber, in co-ordinated operation, to regulate up close the temperature of matter. Since the mass which passes through the feed chamber is relatively small, uniform heating can be achieved throughout the mass in a sufficiently short time to be practicable.
However, in large plastic molding machines, with a capacity of 1,700g and more, it is extremely difficult to achieve a uniform temperature in the molding gap, and it takes a considerable time when the heat source on which one reckons is formed only by the heating bands surrounding the feed chamber.
When a large volume of plastic is contained between the screw feed and the outer walls of the feed chamber, the inner layers of material are often not heated to the same temperature as the outer layers. This is accentuated by the fact that plastic is a poor conductor of heat.
Particularly, in plastic molding machines of the type which maintains the heated material, for a certain period of time, in an approximately stationary state before the injection operation, the use of externally applied heat. can cause overheating points and burning of the plastic - during these holding periods ,. The attempts made to raise or lower the temperature of the sources of this external heat in a coordinated manner with the starting and stopping of the screw, raise more or less serious problems.
At the very least, this requires additional controls, which increase the cost of the machine, and in other cases this method of adjustment is inefficient, in any case, given the temperature being exceeded by the heat stored in the heaters. heating elements.
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It is therefore desirable to create a method of heating the plastic material which is rapid and efficient, but which automatically follows the course and rest of the conveyor screw .;) with sufficient accuracy that there is no danger of overheating the material when the screw does not turn.
The inventor has discovered that, if we limit the heating provided by an external source to such a point that the temperature of the plastic mass is much lower than the point where the damage can occur, we can then bring the mass to a uniform temperature. plastic included in the molding interval, thanks to the heat of friction generated by the mechanical working of the plastic mass by the conveyor screw, and that this can be achieved in a sufficiently short time and with a sufficiently precise adjustment to make it usable,
Thus, for thermoplastic materials,
the heat applied externally will be limited to a temperature at which the plastic material is soft enough to allow the screw to turn when a reasonable amount of energy is applied to it, but well below the temperature at which a burn would occur, scorching or decomposition. Thus, regardless of how long the material dwells in the machine, within the limits of a normal work cycle, even the parts closest to the heating plates will not be damaged.
For thermosetting materials, the temperature will be much lower than that of polymerization, so that here again, regardless of the time during which the material stays, the screw being stationary, within the limits of a working cycle, unwanted polymerization will not occur.
Obviously, these temperature levels will vary with the material being molded, but it will be desirable to keep them as high as possible, in order to decrease the energy required by the screw when it is turned on from the start, each time. , of the state of rest.
By this process, the plastic can be heated uniformly throughout its mass, in a relatively short time without the risk of overheating. The internal heat produced by the mechanical work of the conveyor screw is distributed uniformly throughout the plastic mass, as all parts of the mass are worked, regardless of the amount of plastic contained in the feed chamber.
As plastic is a poor conductor of heat, the internal heat generated is easily retained in the plastic mass,
On the drawings:
Fig. 1 is a side elevational view of the feed chamber, in cross section;
Fig. 2 is a side elevational view of the feed chamber and injection molding chamber, partially open, showing the communication relationships between the separate chambers.
Fig 3 is an illustration of a different type of screw, by which the present invention can be effectively applied, instead of the screw shown in fig. 1.
As seen in the drawings, the plastics molding machine essentially comprises a horizontal feed chamber having a conveyor screw 11, a series of heating bands 12 and a feed hopper 13; an injection cylinder 14, having an injection piston 15 and a further heating element 16, around the exterior of the injection cylinder.
To apply the method of the invention, the plastic is placed in the hopper 13 from which the materials arrive in the opening 17 of the supply chamber. Once the plastic is in the feed chamber, it is grabbed by the conveyor screw 11, and transported horizontally.
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lement along the opening of the feed chamber.
The heating elements 12 are set to a temperature well below the critical molding interval, and serve to initially heat the plastic as it moves along the conveyor screw 11.
Since the temperature of the heating strips is set well below the molding interval, there is no risk of overheating the plastic mass at any point.
The added heat necessary to bring the plastic mass to a uniform temperature within the molding interval is produced by the internal friction of the mechanical work carried out by the conveying screw 11, as the plastic mass moves through the mold. along the opening 17 of the feed chamber. When the plastic mass is worked and mixed under pressure by the thread of the conveyor screw 11, the plastic rapidly generates internal heat. The constant mixing by the conveyor screw ensures a uniform temperature throughout the mass.
The amount of mechanical heat generated will correspond, in a given case, to the length and pitch of the conveyor screw 11. As can be seen here in the drawings, the pitch of the conveyor screw 11, in this embodiment, decreases. in the portion of the conveyor screw 11 which is adjacent to the orifice 18 of the injection chamber.
Thus, the plastic mass is gradually heated by the outer heating elements as it moves along the first portion of the conveyor screw 11, and only a small amount of internal mechanical heat is produced. . Once the plastic mass has reached the temperature of the external heat source 12, there is no further addition of heat, except that carried out by the mechanical work of the conveyor screw 11. Therefore, the step, the diameter and length of the conveyor screw 11 can be calculated, as in figure 1, so as to produce the greater part of the mechanical heat just before the entry of the mass into the injection chamber, and after that the plastic has reached the temperature of the external heat source.
The screw of Figure 3 illustrates a variant of the process of the invention, in that the mechanical work very quickly brings the temperature to the desired level, a short distance before the discharge port 19 of the chamber. feed 17, and that the mechanical work applied thereafter is simply sufficient to maintain the material at this temperature. Plastic is a poor conductor of heat that the momentary stops in screw rotation, which occur when the injection piston moves down, do not allow unwanted cooling of the plastic.
By this process, the temperature of the plastic mass can be carefully controlled, the plastic can be heated evenly throughout its mass without danger of overheating or cooling to a point outside the molding range, before the mass is ready for molding. By the process of the invention, it is then possible to heat a large volume of plastic to a temperature uniform throughout the mass, and to extract successive batches from it for molding.
The heating and molding operation can be performed as a single continuous operation, with a single machine. In addition, one can adapt to any type of plastic by adjusting the external heat source.
The invention is better illustrated by the following example:
45 kg of polystyrene which has been mixed with a customary coloring material, and which has a molding range of 204 C to 274 C., is placed in a hopper of a 1,800 g molding machine, as described. The screw chamber has 1.50 m long and 114 mm in diameter, The screw is of the type shown in Figure 3. The double-thread feed portion shown in
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right in figure 3 is 18 cm long- Part "A" of the screw is about 40 cm long, part "B" is 43 cm long, and part "C" is about 34 cm long.
The pitch height of the screw in part "A" is 12 cm; the step height in part "B" is about 11 cm, while the step in part "B" is about 4 cm; the step height in part "G" is 9 cm. The maximum fundamental diameter in part "B" is 9.5 cm. The conveyor screw is started up at 140 rpm. after having set the external heat source to 177 C. It is found that when the plastic mass reaches a point close to the exit end of part "A", it has a temperature of 163 C, and that, when it enters part "C", it has a temperature of 221 C. At the exit end of part "C", it is also 221 C.
In the operation of the machine, the screw is stopped for 30 second intervals, during the operation of the injection piston and then restarted. In each case, it takes about 32 Cv to start the screw, but this power decreases to 26 Gv after about 6 turns of the screw: There is no significant change in the temperature of the plastic material at the outlet end. part "C" after any one of the 30 second intervals in which the screw is stopped.
The molded products of the machine are broken after cooling upon examination, and no damaged, burnt or scorched parts are observed.
CLAIMS. l.- A process for preparing a synthetic organic resin with a view to its molding by a machine with intermittent operation, said process comprising the following steps which consist: in placing a certain quantity of the resin in a delimited zone, this quantity being greater than the quantity of resin treated by the machine in a given molding cycle, and the area being defined by walls of heat-conducting material; applying heat from an external source to the walls of the area; adjusting the heat so that the temperature of the walls never exceeds a fixed temperature which is higher than the softening temperature of the resin, but lower than its molding temperature;
to continue to apply heat from the external source, at this fixed temperature, and to perform intermittently the mechanical work of the resin within the zone, then to eject the resin from the zone during the periods of this mechanical work, and, only then, to complete the ejection, the mechanical work being sufficiently important to bring the temperature of the resin to the molding temperature during the ejection operations, without it tending to rise above this temperature between ejection operations.