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Procédé de moulage du polyéthylène de poids moléculaire élevé et objets moulés obtenus selon ce procédé.
La présente invention concerne un procédé de moulage du polyéthylène de poids moléculaire élevé ainsi que les objets moulés obtenus suivant ce procédé.
Le polyéthylène à très haut poids moléculaire, par exem- ple supérieur à 106, possède des propriétés mécaniques remarquables, notamment une résistance exceptionnelle au choc. Toutefois, la transformation de ce polyéthylène par les techniques habituelles d'extrusion ou de moulage par injection est pratiquement impossible à cause de sa viscosité en fondu qui est très élevée. Par contre,le moulage de ce matériau par compression est possible mais est peu uti- lisé en raison de la longueur des cycles de chauffage et de refroi- dissement des moules.
On a déjà proposé divers procédés pour améliorer cette technique de moulage par compression afin de la rendre plus apte à la mise en oeuvre de ce type de matériau.
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Ainsi, on a déjà suggéré de mouler par conpression, 'OU, un. pression de l'ordre de 500 à 1000 Kgr/cm2 et à température ambiante, des prformes, qui sont ensuite chauffées sans pression puis trans- férées dune un moule chaud, ou elles sont comprimée* et refroidie Ce moule chaud peut être maintenu à une température inférieure au point de fusion du polyéthylène, par exemple à 75 C, pendant toute la durée de la compression et la pièce peut être démoulée cette température.
On conçoit qu'une telle techincue permette de raccourcir le cycle de moulage, puisque le chauffage des préfor- mes ert effectué en dehors du moule et que ce dernier peut être maintenu à une température constante. Cependant, ce procédé pré- sente toujours certains inconvénients. Ainsi, il exige l'immobili- sation de deux presses dont l'une doit pouvoir exercer des pressions considérables. En outre, comparé au temps de moulage, le temps nécessaire au chauffage des préformes est assez long puisqu'il est de l'ordre de 30 minutes.
Une autre technique consiste à préplastifier le polyéthy- lène en le chauffant pendant 10 à 30 minutes, à une température supérieure à 180 C, dans un puissant pétrisseur chemisé. La matière préplastifiée est alors transférée dans un moule maintenu entre 180 et 200 C où elle est comprimée à 100 Kgr/cm2 durant 15à 30 minutes, puis refroidie pendant 1 heure sous une pression de 200 à 250 Kgr/cm.
Ce procédé présente également certains inconvénients. Il implique notamment un cycle de pressage d'une durée minimum de 1 heure 15 mi- nutes, compte non tenu du temps nécessaire pour réchauffer le moule avant le cycle de moulage suivant. Le refroidissement d'une heure peut$ sans doute, être abrégé lors du moulage de pièces de faibles dimensions, mais la durée du pressage à chaud ne peut être modifiée à cause de la viscosité extrêmement élevée du produit fondu. En effet, l'état préplastifié de la matière introduite dans le moule implique la nécessité de lui faire subir des efforts de cisaillement importants qui seraient générateurs de tensions internes si la durée
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du pressage à chaud n'était pas suffisamment longue.
La demanderesse a maintenant mis au point un nouveau procédé de moulage du polyéthylène de poids moléculaire élevé qui ne présen- te plus les inconvénients susmentionnés et qui permet, en outre, d'obtenir des objets moulés de très bonne qualité.
Conformément au procédé faisant l'objet de l'invention, le polyéthylène est préchauffé à l'état pulvérulent avant d'être tram;.. féré dans les moules de mise en forme. Lors de ce préchauffage, on porte la résine à une température légèrement supérieure à son point de fusion cristalline (130 à 135*C). Par ailleurs, on a éga- lement constaté qu'il est intéressant de maintenir les moules à une température légèrement inférieure au point de fusion cristalline du polyéthylène.
Enfin, l'agglomération des particules de polymère est évitée, lors du préchauffage, en soumettant ces particules à un brassage continuel durant le préchauffage. Ce préchauffage peut, en particu-, lier, être réalisé en lit fluidisé ou par passage en continu à tra- vers un four rotatif.
La demanderesse a, en outre, constaté que les polyéthylènes à haute denrité fabriqués par des procédés en suspension ont la parti. cularité de se présenter sous forme d'une poudre fine et régulière qui convient particulièrement pour réaliser lo procédé suivant l'in- vention,
Le procédé suivant l'invention comprend donc les opérations suivantes; - préchauffage, par exemple en lit fluidisé ou dans un four rotatif, du polyéthylène à une température supérieure à 130-135 C de façon à rendre le produit amorphe.
- transfert de la poudre chaude dans un moule maintenu à une tempé- rature de l'ordre de 120- 130 C, température à laquelle la cristal- lisation du polyéthylène est rapide - compression de la poudre dans le moule durant un temps suffisant pour Que la cristallisation du polyéthylène soit complète
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démoulage de l'objet conformé sans refroidir le moule, et refroi- dis sèment de cet objet en dehors du moule.
Outre qu'il se caractérise par un cycle de moulage très court du fait que le préchauffage est très rapide et que les moules sont maintenus à température constante, le procédé suivant l'invention présente d'autres avantages non négligeable..
Ainsi, comme la plus grande partie de la cristallisation, donc du retrait, se produit lorsque la matière est comprimée dans le moule, il en résulte que la précision dimensionnelle des objets Moulés est très bonne.
En outre, comme la matière ne subit pratiquement pas d'ef- forts do cisaillement au cours de son moulage, les pièces obtenues sont pratiquement exemptes de tensions internes et leur stabilité dimensionnelle est donc excellente.
Le procédé suivant l'invention est illustré par les exemples de réalisation pratique donnée ci-après. Toutefois, il est bien entendu que ces exemples ne limitent nullement l'invention car cel- le-ci est susceptible de variantes qui ne sortent ni de son cadre, ni de son esprit.
EXEMPLE 1 -
On polymérise de l'éthylène suivant le procédé basse pres- sion décrit dans le brevet belge n 547.618 en utilisant comme cata- lyseur ternaire un mélange TiC14 + A1C13 + Sn (C4H9)4 et comme milieu de polymérisation de l'n-hexane à 40 C. On obtient de cette façon un polyéthylène en poudre ayant les caractéristique)!suivantes
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<tb> - <SEP> viscosité <SEP> inhérente <SEP> tli <SEP> à <SEP> 160 C <SEP> dans <SEP> la <SEP> tétraline <SEP> : <SEP> 21 <SEP> dL/gr
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<tb>
<tb> viscosité <SEP> spécifique <SEP> réduite <SEP> @ <SEP> réd. <SEP> dans <SEP> la <SEP> téraline: <SEP> 37 <SEP> dL/gr
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> poids <SEP> moléculaire <SEP> moyen <SEP> en <SEP> poids <SEP> : <SEP> 4.106
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<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> poids <SEP> spécifique <SEP> réel <SEP> :
<SEP> 0,940 <SEP> Kgr/dm-
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> - <SEP> poids <SEP> spécifique <SEP> apparent <SEP> par <SEP> écoulement <SEP> libre <SEP> : <SEP> 0,240 <SEP> Kgr/dm3
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<tb>
<tb>
<tb> diamètre <SEP> moyen <SEP> des <SEP> grains <SEP> : <SEP> 0,35 <SEP> un
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Cette poudre est chauffée en lit fluidisé au moyen de l'appareil représenté à la fig. 1 annexée. Cet appareil se compose
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d'une chambre de fluidisation 1. dans laquelle le gaz de fluidisation pénètre par une plaque de distribution 2. L'alimentation, en polyé- t4llyl'ene en poudre se fait par une via d'Archimède 3 et le trop-plein du lit fluide s'écoule par un réservoir 4 muni d'un calorirugeago 9 et tl.#une vanne rotative 5.
Le gaz de fluidisation circule en circuit ferme au moyen d'une soufflante 6, Il est chauffé au moyen ce résistances électriques 7 avant de pénétrer dans le lit fluide.
A la sortie de celui-ci, il passe dans un cyclone 8 où il est dé- poussière.
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La température du gaz de fluidisation à l'entrée du lit fluide est portée à 150 C.
Le produit recueilli à la sortie de la vanne rotative 5 est introduit dans un moule positif, maintenu à 120*C,, où il est com- prime sous une pression effective de 200 Kgr/cm pendant 5 minutée.
On ouvre ensuite le moule et on démoule, encore chaude, une plaque de 120 x 250 mm dont l'épaisseur dépend de la quantité de poudre introduite dans le moule. Le refroidissement de cette plaque s'achè-
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te \ l*air libre.
Après refroidis sèment, on mesure sur cette plaque les propriétés suivantes:
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<tb> - <SEP> poids <SEP> spécifique <SEP> à <SEP> 23*Ce <SEP> Kgr/dm3 <SEP> : <SEP> 0,940
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- température de distorsion (AST14 - D 648 - 66 psi), se 81 - ilorà'ule d'élasticité en flexion (ABTM - D 747), Kgr/om 8 6000 "y-Laid stress" en traction (ASTM - D 638), icgr/om2 s 250 ' - allongement à la rupture en traction (ASTH - D 638), ruz 500
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<tb> dureté <SEP> Shore <SEP> D <SEP> : <SEP> 65
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<tb> -résistance <SEP> au <SEP> choc <SEP> en <SEP> traction, <SEP> Kgr <SEP> cm/cm3 <SEP> :
<SEP> 600
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<tb>
<tb> - <SEP> résistance <SEP> au <SEP> choc <SEP> IZOD <SEP> (entaillé) <SEP> :pas <SEP> de <SEP> rupturc
<tb>
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- température de fragilité (AS114 - D 746), OC 1 "130
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EXH.ÎPLE¯2 - Le polyéthylène décrit à l'exemple 1 est chauffé par rayon. neirent infrarouge dans 1 appareil représenté à la fige 2. Cet ap-
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Pareil se compose d'un four rotatif 10 en verre, légèrement incliné sur l'horizontale et entouré de radiateurs infrarouges 'il. Ce four
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ttt t'llnenté à :;on extrémité la plus haute su moyen d'un dispositif ''' roulotte vibrante 12, et son extrémité la plus basse se vide dans le plateau d'une balance doscuse 13.
La température de la poudre et ;on d@bit peuvent être réglés par l'intensité du rayonnement
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ir t'I'±J,l'O'l.\',C, la vitesse de rotation du four et son inclinaison, et l 'r:Jl1 tude des vibrations de la goulotte. Au moyen d'un thermomè- tr e l,10ut dans la poudre à la sortie du four, on mesure une tempe- rature de 145 C Les doses pondérales mesurées au moyen de la ha- la? cc Lolit introduites denn un moule positif comme à l'exem- ple ? ?t ru bissent lc:> mènes traitements. Les plaques obtenuoa ont : \. )11t".(: '')ropri("tcs que celles de l'exemple 1.
R E V E K D I C A T I 0 II S.
1 - Procédé de moul&ge de polyéthylène de haut poids molécu- dr-e# c;;rl1ctûrisÓ en ce qu'on préchauffe le polyéthylène à l'état ;s.'.: ;u ent Lvnut de le transférer dans les moules où il est mis en
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