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il:procédé et appareil de fabrication de plaques en matières de rembourrage"
La présente invention concerne les produits en plaques remplies de mousse et plus particulièrement les ma- tières de rembourrage en fibres discontinues non tissées, orientées au hasard dans n'importe quelle direction et rem- plies de mousse pour former une plaque renforcée de matière de rembourrage. Elle concerne aussi un procédé et un appareil de fabrication des produits en plaques remplies de mousse.
Les produits en plaquas remplies de mousse ont été renforcées de diverses manières pour en augmenter la résis- tance ou en améliorer d'autres propriétés physiques, que la mousse elle-même ne peut pas leur faire acquérir. La plupart
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des procédés de renforcement consistent à stratifier dea ma- tières de renforcement en feuilles pour former des plaques, et un exemple de renforcement consiste à incorporer une pla- que de mousse indépendante flexible, ainsi qu'il est décrit dans le brevet français n 1 324 495 du 24 Avril 1962.
Les produits antérieurement fabriqués sont défectueux, car ils ne forment pas une plaque dans laquelle le renforcement est uniformément réparti dans toute la masse, pour obtenir une plaque de matière cellulaire élastique renforcée dans toute sa section.
@ Un des buts de l'invention consiste à fournir un produit en plaque remplie de mousse, renforcé dans toute sa masse, et caractérisé par une augmentation de sa résistance à la traction dans toutes les directions parallèles à ses larges faces, de sa résistance à la compression dans la di- rection pe endiculaire à ces faces et de sa résistance glo- bale au perçage de trous.
D'une manière générale, le produit en forme de pla- que renforcée remplie de mousse se compose d'une matière de rembourrage tassée en fibres discontinues non tissées, orien- tées au hasard dans n'importe quelle direction de façon à former une masse en forme de plaque, dont la section contient un grand nombre de fibres espacées, dilatées à partir de leurs positions tassées normales, en s'éloignant l'une de l'autre dans la direction des larges faces de la masse,
et d'une masse de mousse continue indépendante de forme cellu" laire formée sur place dans la matière de rembourrage et rete- nant les fibres dans leurs positions dilatées sous forme sen- siblement homogène dans toute la section de la plaque de façon à former une plaque renforcée remplie de mousse de cette matière de rembourrage. Le terme "dilatation des
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fibres" doit être considéré comme indiquant que les fibres tassées se sont éloignées l'une de l'autre, mais no se sont pas allongées individuellement, La masse de mousse consiste de préférence en une mousse flexible de polyuréthane.
Le procédé de fabrication de produits en plaques remplis de ruousse du type précité consiste à mélanger avec une matière de rembourrage tassée de fibres discontinues non tissées orientées au hasard dans n'importe quelle direction de façon à former une masse en forme de plaque dont la section contient un grand nombre de fibres délimitant des cavités entre elles, un mélange de formation d'une mousse à l'état sensiblement inactif. Le mélange de formation de la mousse se dilate sur place dans la matière de rembourrage et les fibres se dilatent en s'éloignant les unes des autres dans la direction des larges faces de le plaque ainsi formée.
Puis on fait mûrir la mousse expansée pour retenir les fibres dans leur position dilatée sous forme homogène dans toute la section de la-plaque.
Le procédé consiste encore à comprimer la matière de rembourrage tassée et contenant le mélange de formation de la mouse, et à régler la compression exercée sur la mous- se de façon à provoquer sa dilatation par l'expansion du mélange plutôt que par l'élasticité de la matièretassée et à appliquer le procède- en une opération continue.
L'appareil qui sert à fonder des plaques de mousse d'une manière continue en les coulant sur une surface en mou- vement qui comporte un dispositif faisant arriver un mélange de mousse sur la. surface et un dispositif de dosage délimi- tant une zone de serrage par laquelle le mélange passe sur la surface en mouvement et est dosée pour déterminer l'épais- saur finale de la plaque et en particulier en formant une
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masse de mousse dans une matière de rembourrage tas;
ée de fibres discontinues, non tissées, orientées au bassear dans n'importe quelle direction, de façon à délimiter uen section d'un grand nombre de fibres espacées qu'on peut faire passer dans le dispositif de dosage avec le mélange de formation de la mousse de façon à comprimer cette matière et à la remplir avec le mélange, est caractérisé en ce qu'il comprend un dis- positif de réglage de la compression monté dans une position adjacente au dispositif de dosage, de façor. à recevoir la surface de support de la matière de rembourrage comprimée remplie du mélange au moment où.
elle sort du dispositif de dosage, ce dispositif comportant un élément qui maintient sur cette matière une pression suffisante pour l'empêcher de se dilater, mais pour permettre au mélange de mousse de se dilater dans cet '.cément de sorte que la mousse se dilate sur place dans la matière et permet aux fibres de se dilater en,s'éloignant les unes des autres dans leurs positions nor- mâles tassées, dans la direction des larges faces de la plaque formée et que les fibres en position dilatée s'éten- dent sous forme sensiblement homogène dans la totalité de la section de la plaque.
Une forme préférée de réalisation de l'appareil, du procédé et du produit de l'invention est décrite ci-après en détail avec les dessins ci-joints à l'appui sur lesquels - la figure 1 est une élévation avec coupe et ar- rachements partiels de l'appareil, - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle de l'appareil à l'endroit des cylindres de dosage, - la figure 3 est une coupe de la matière de rembourrage tassée faisant partie du produit et, - la figure 4 est une coupe de la matière de
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rembourrage tassée do la figura 3 remplie de mousse suivant l'invention.
La mousse plastique qui sort dans l'application dans la pratique de l'invention consiste en mousse de polyu- réthane, formée à partir d'un polyisocyanate (en particulier de diisocyanate do toluène) et d'un composé contenant un groupe hydroxyle (par exemple les glycols, polyols, polyes- ters ou polyéthers). La composition d'un polyuréthane donné peut varier entre des limites étendues suivant les proprié- tés qu'on désire obtenir, telles que la densité, la résis- tance à la traction, la flexibilité, le volume des cellules, etc. la mousse flexible spéciale dont il est question plus loin n'est donc indiquée qu'à titre d'exemple.
- A. titre d'exemple, on choisit une résine de mélan- ge préalable, formée de deux éléments prépolymères à base de polyéther, par exemple un prépolymèrs de diisocyanate do to- luène, et un composé organique contenant deux ou plusieurs groupes diisocyanate réactifs avec un excès de diisocyanate de toluène. On ajoute à 100 parties en poids environ de cette résine de mélange préalable, 0,5 partie en poids d'huile de silioone. On charge de mélange prépilktère dans un réservoir et on le refroidit à une température inférieure à - 6, 7 C, puis on prépare un mélange de catalyseur et on le charge dans un réservoir.
Ce mélange de catalyseur se compose de
1,0 partie en poids de N,N,N',N'-tétraméthylbutane diamine ot 0,5 partie de triéthylène diamino, dissoutes dans 2,3 parties en poids d'eau distillée.
On fait arriver les réactifs respectifs d'une ma- nire continue dans un récipient de mélange ordinaire 10 par des tuyaux 11 et 12 avec des débits déterminés avec préci- sion, de façon à obtenir un mélange approprié du pré-polymère
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et du catalyseur dans le récipient de mélange et en 'riant.
La préparation des mélanges de mouso et leur distribution par un récipient de mélange constitue une opération ou une,
Le récipient de mélange 10 est supporté par n mécanisme de transport approprié tel que des galets 13 roulant sur des rails 14 et par suite on peut le faire osciller en avant et en arrière pour étaler le mélange de formation de la mousse sur une courroie de support continue 15. a courroie de support 15t qui fonctionne sous forme de trunsporteur, est montée de façon à passer sur un rouleau fou 16 disposé à l'extrémité d'entrée de la machine et sur un rouleau de commande 17 disposé à l'extrémité de sortie.
Pendant que le récipient va-et-vient, le mélange liquide de polyuréthane de formation de la mousse, à une température encore trop basse pour réagir, arrive en sortant par son ajutage par un tuyau guidage courbe sur la courroie'de support 15P en mouvement à angle droit par rapport au mouvement de va-etvient du récipient. La surface supérieure de la courroie de support est recouverte d'une couche d'un agent de décollage tel qu'un caoutchouc de silicone, polyéthylène, paraffine ou polytétrafluoroéthylène, et la bande dessous cet agent de décollage peut consister en un tissu, tôle mince ou autre feuille flexible quelconque appropriée.
Le courant du mélange de formation de la mousse ayant été répandu sur la courroie transporteuse 15, celle-ci arrive dans la zone de serrage de deux cylinddres de dosage opposés 19 et 20 qui sont recouverts avantageusement d'une couche de caoutchouc ou autre matière élastique. Le cylindre supérieur est également monté de préférence sur un support réglable 21 qui permet de faire varier la distance d'axe en axe des .deux cylindres, et par suite de régler leur zone de
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serrage entre une valeur relativement large et une valeur presque nulle
Pendant que la courroie de support passe entre les cylindres 19 et 20, elle vient en contact avec la surface inférieure d'une bande do recouvrement 22 qui, telle qu'elle est représentée,
consiste en une bande de papier d'une certai- ne longueur recouverte d'une couche d'un des agents de décollage précités, niais peut aussi consister en une courroie continue si on le désire. La bande de recouvrement provient d'une bobine débitrice 23 montée à l'extrémité d'entrée de la machine et est reprise par un,) bobine réceptrice 24 à. son extrémité de sortie. La bande de recouvrement 22 et la cour- roie de support 15 lussent ainsi ensemble dans la machine en contact superficiel ntro elles.
Il y a lieu de remarquer que la quantité de mélan- ge de formation de la mousse passant dans la zone de serrage des cylindres est très faible; par exemple si la dimension do la zone de serrage est d'environ 0,5 mm, on obtient une plaque do mousae de 12,7 mm, dont il y a lieu de tenir compte si l'on considère le dessin, qui n'est pas tracé à 1' échelle en ce qui concerne la largeur de la zone de ser- rage, etc.
Suivant l'invention, on dépose une masse on forme de plaque de la matière de rembourrage tassée 25 sur la courroie de support et on la fait passoer avec cette courroie au-dessous du récipient et dans la zone de serrage des cylindres de dosage 19 et 20.
La figures 3 représente plus spécialement une oou- che ci* la matière do rembourrage tassée à titre d'exemple.
Elle consiste en fibres de rayonne de 15 deniers, de 72g/m2, sous forme de plaque sommairemetn aiguilletée avant de
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passer dans la machine, mais il peut êtrre avantageux de tasser la masse sous forme de plaque immédiatement en avant de la zone de serrage des cylindres. Les fibres peuvent être en coton, "Nylon" ou la plupart des matières qui peuvent se tasser de la manière représentée. Les fibres 26 de l'exemple choisi peuvent consister en fibres ou filaments courts ou discontinus, frisés de façon que leur longueur soit beaucoup plus courte que s'ils étaient droits, le frisage étant tel que la fibre est repliée dans lo sens longitudinal dans de nombreuses directions et au hasard.
Les fibres 26 sont tassées de façon à former sensiblement une plaque de amière de rembourrage en fibres séparées discontinues, non tissées, orientées au hasard, dans des directions bultiples de façon à former une section d'un grnnd nombre de fibres délimitant entre elles des cavités. La matière de rembourrage n'est donc pas une plaque tissée et par suite sa résistance à la traction est faible, sinon nulle dans n'importe quelle direction. lias fibres sont simplement entremêlées sans attache et peuvent être séparées individuellement ou la masse entiers peut être facilement désagrégée.
En aiguilletant les fibres, on les entremêle et les serre davantage et la résistance à la traction do la matière de rembourrage tassée peut prendre une certaine valeur dans le sens longitudinal, seulement en ce sens qu'elle a tendance à rester sous forme de plaque continue lorsqu'on exerce sur elle une traction dans le sens longitudinal. En conséquence, il peut être avantageux d'aiguilleter les fibres dans une certaine mesure pour former une masse en formo de plaque plus facile à faire avancer do la manière Indiquée sur le dessin.
Il est important que la section de la plaque comporte un grand nombre de fibres dans son épaisseur et que ces fibres soient tassées sans
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attache de façon à pouvoir se séparer facilement les unes des autres dans une direction perpendiculaire aux largos surfaces de la plaque dematière de rembourrage tassée.Cette condition est importante, ainsi qu'on le verra plus loin.
Le mélange de formation de la mousse est déposé en avant des cylindres de dosage 19 et 20 (figure 2) et il se forme un petit bourrelet roulant du mélange, de.sorte qu'il existe toujours une quantité de mélange en excès prête à @ passer dans la zone de serrage des cylindres.
La dimension de cette zone de serrags est sensiblement inférieure à l'épaisseur moyenne de la casse en forme de plaque de la matière de rembourrage tassée et pendant que la courroie de support passe dans cette zone de serrage, la matière de rembourrage tassée 25 subit une sensible compression, do façon à chasser la totalité de l'air et à faire pénétrer le mélange de formation de la mousse, qui passe en même temps dans la zone de serrage, dans la matière de rembourrage comprimée, de façon à la saturer avec ce mélange et à refouler les produits chimiques autour des fibres et entre chacune d'elles sons forme homogène dans toute la masse de la'matière de rembourrage comprimée.
Un dispositif de réglage de la compression 28 est monté à l'extrémité de sortie des cylindres. Il consiste en des plaques rigides, supérieure et inférieure 29 et 30, de préférence en acier, posées au-dessus et au-dessous de la bande de recouvrement 22 et de la courroie de support 15, respectivement et déterminant les positions de la bande et de la courroie. Un distributeur 31 se raccorde à une source d'air comprimé appropriée et comporte plusieurs tuyaux flexibles 32 et tuyaux rigides 33 qui en partent.
Les tuyaux flexibles 32 sont fixée sur la plaque supérieure 29 et les
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tuyaux rigides 33 sur la plauqe inférieure 30 à des inter- valles espaces dans le sens longitudinal, Les tuyaux flexibles sont fixés (figure 2) par des raccords 34 et les tuyaux rigides par des raccords 35 qui passent chacun à travers les plaques respectives et débouchent dans des évidements 36 et 37 formés en échancrant une portion de la plaque dans sa sur- face intérieures On peut arriver au même résultat en perçant dos trous dans la plaque.
L'air arrive dans les cavités 36 et 37 sous une pression d'environ 2,1 à 7,0 kg/cm2 et a pour effet de former un coussin d'air ou d'exercer une action de lubrification pneumatique entre les plaques respectives 30 et 29, la courroie de support mobile 15 et la bande de recou- vremert 22. La plaque inférieure 30 est fixée sous forme rigide sur une table de support et la plaque supérieure 29 est fixée de façon à ne pouvoir se déplacer dans le sens horizontal ais à pouvoir flotter dans le sens vertical. Une plaque de pression 38 est fixée à une certaine distance au- dessus de la plaque supérieure 29 et un sac pneumatique 39 est disposé entre la plaque de pression fixe et la plaque supérieure et on peut y faire arriver de l'air par un tuyau d'admission 40 qui traverse la plaque de pression.
Le sac pneumatique 39 est flexible.et par suite peut retenir l'air à une pression constante.
Ce dispositif de réglage de la pression est impor- tant, car suivant une propriété de la matière de rembourrage tassée, elle a tendance à se décomprimer, même lorsqu'elle est saturée du mélange de formation de la mousse. Dans ces conditions, le mélange liquide do formation de la mousse adhérerait aux diverses fibres et les cavités qui les sépa- rent et qui caractérisent la matière de rembourrage tassée seraient formées par son expansion et lors de la réaction
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des produits chimiques du mélange de formation de la mousse, le gaz dégagé par la réaction pourrait s'échapper par les cavités et arriver dans l'atmosphère entre les fibres espacées recouvertes d'une couche du mélange.
Le gaz se rassem- blereit en formant des poches de gaz de grand volume irrégu- lier immédiatement au-dessous de la couche de produit chimique appliquée sur la surface inférieure de la bande de recou- vrement 22 et le produit obtenu consisterait en un matelas fibreux dans lequel la plupart des fibres seraient recouvertes de produit chimique d'uréthane non dilaté et les surfaces supérieure et inférieure seraient recouvertes d'une pellicule do produit chimique d'uréthane sensiblement non expansé et contenant les gaz d'échappement dégagés.
Il résulte du dispositif de réglage de la comrpssion 28 que lorsque la matière de rembourrage comprimée 25 et saturée par le mélange de formation de la mousse sort de la zone de serrage des cylindres do dosage 19 et 20, elle se trouve entre les plaques 29 et 30 et y est maintenue dans la position de compression exercée par les cylindres de dosage*
On règle la pression de l'air dans le sac pneumatique 39 de façon à la rendre égale mais non supérieure à celle qui est nécessaire pour maintenir la matière de rembourrage en posi- tion de compression et à l'épaisseur qu'elle a prise entro les cylindres de dosage.
L'air arrive par les tuyaux flexi- bles 32 et les tuyaux rigides 33 pour former un coussin d'air entre les plaques 29 et 30 ou les lubrifier pneumatiquement, en permettant ainsi à la bande de recouvrement 22 et à la courroie de support 15de passer librement entre les placues, en diminuant notablement le frottement entre elles. Lorsque les produit:
', chimiques commuencent à réagir en formant de la mousse, au moment où la température s'élève à la valeur
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réactive du mélange de produits chimiques de formatici de la moussé, le gaz qui se dégage éventuellement est retendans la matière de rembourrage comprimée contenant ce mélage, Ce gaz en se dégageant fait naître théoriquement une pression qui a tendance à s'ajouter à celle dos fibres comprimées ayant tendance à se dilater à rencontre do la pression exercée par le sac pneumatique 39.
Etant donné que la pres- sion exercée par le sac pneumatique est seulement suffisante pour comprimer la matière de rembourrage saturée, cette aug- mentation de pression due à la réaction du mélange de for- mation de la mousse permet à la mousse de s'élever librement comme sous l'effet d'un soufflage libre. Cotte pression fait monter verticalement la plaque supérieure 29 en même temps que la mousse se dilate etl'alaimtne de plus en plus de la plaque inférieure 30 (figure 1). Etant donné que la matière de rembourrage est maintenue à un état de compression inver- sement proportionnel à la quantité d'expansion des éléments do formation de la mousse la totalité du gaz qui se dégage est retenue dans le mélange liquide de formation de la mousse et y est réparti à peu près uniformément et d'une manière homogène.
On a constaté que la quantité du mélange do forma- tion de la mousse qui est nécessaire pour saturer la matière de rembourrage et recouvrir les fibres, forme en réagissant une plaque remplie de mousse dont l'épaisseur en coupe est plus grande que son épaisseur initiale. Les fibres frisées qui ont tendance à se redresser sous l'effet de l'expansion du mélange de produits chimiques, contribuent dans une large mesure à augmenter cette épaisseur. La réaction est sensi- bloment torminée à l'extrémité de sortie du dispositif de réglage de la compression 28 et elle forme un gel irréver- @ sible qui se supprte de lui-même et a, acquis son épaisseur
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finale.
La matière de rembourrage 40' remplie de mousse ainsi formes ayant passé entre la courroie de support 15 et la bande de recouvrement 22, passe dans un four 41 qui contient de préférence trois zones do chauffage successives, à température progressivement croissante, de 52, 82 et 118 0 respectivement. La matière de rembourrage 40' remplie do mousse on sortant du four 41 est à moitié mûrie et non collante, et la bande de recouvrement 22 s'en détache autour d'un rouleau 24 pendant que la courroie de support 15 passe sur lo louleau 17.
La plaque de matière de rembourrage remplie de mousse repasse ensuite par un mécanisme transporteur 42 dans le four 41 en passant sur une série courante de dispositifs transporteurs 42' lui faisant suivre un trajet sinueux, do façon à faire mûrir finalement la produit pour le faire sortir du four 41 et l'enrouler sous forme de rouleau 43.
Le produit rempli de mousse 40' (figure 4) est caractérisé par une initiera de rembourrage tassée 25 de fibres discontinues non tissées 26, qui ainsi qu'on peut facile.aent le voir, sont orientées au hasard dans des directions multiples du façon à délimiter une section d'un grand nombre de fibres espacées dilatées à partir do leur état normal tassé, en s'éloignant les unos des autres dans la direction des larges fr-ces 33 et 45 de la plaque.
De même la structure de la plaque remplie de mousse est cellulaire, continue et indépendante dans la masse de mousse qui se forme sur place dans les fibres tassées, et les retient dans leurs positions de dilatation d'une manière sensiblement homogène dans toute la section de la plaque, de façon à former une plaque renforcée, remplie de mousse e la matière de rembourrage.
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Quoique la résistance à la traction do la matière de rembour- rage 25 soit sensiblement nulle, et que la mousse flexible do cet exemple une fois renforcée s'allonge facielen dans n'importe quelle direction parallèle aux larges faces de la plaque et se comprime aisément, le produit sous forme de plaque remplie de mousse -se caractérise par une augmentation de la résistance à la traction dans toutes les direc:
ions parallèles aux larges faces do la plaque, et est sensible- ment inextensible dans sa forme finale do plaque. la plaque résiste aussi à la compression dans une direction perpendi- Oulaire à ses larges faces et se caractérise par uns augmen- tation sensible do sa résistance globale au perçag: de trous par rapport à la masse en forme de plaque ou à la plaque de mousse seule.
Suivant une caractéristique de la mousse en forme de plaque obtenue par le procédé de l'invention, les larges faces planes 44 et 45 de la plaque ont une surface analogue à une pellicule d'une structure à pores relativement fins par rapport à la structure intérieure à pores relativement larges dans toute son épaisseur.
Cette structrue à pores fins se forme du fait que la structure cellulaire de ces larges faces est obtenue pendant qu'elles sont en contact evec la courroie de support et les bandes de recouvrement et par suite la mousse ne peut ainsi atteindre la porosité totale obtenue à d'autres endroits de la plaque, Le produit en forme de plaque a ainsi un aspect et un toucher satisfaisants et sa surface a tendance à s'opposer à l'extension des extré- mités des fibres sur les larges faces de la plaque.