Produit pour la confection de modèles destinés au moulage dit à cire perdue Le procédé de fonderie dit à cire per due consiste essentiellement à utiliser des moules en matières réfractaires, constitués par un seul bloc formé autour d'un modèle qui est ensuite éliminé par fusion, volatilisation et combustion.
Dans de nombreux cas, on emploie, pour les modèles, des matières à consistance de cire (céroïdes) moulables à l'état fondu vers 80 ou 1000 par coulée à la pression atmosphérique, ou sous une faible pression de l'ordre de 5 à 15 kg/cm2.
Dans d'autres modes de fabrication, on forme les modèles par injection sous forte pression, de l'ordre de 100 kg/cm2, de matières thermoplastiques portées à une température suffisante pour que le moulage soit possible. On obtient ainsi des répliques plus précises que par coulée sans pression à l'état liquide et on évite certains défauts de forme dus aux retraits et retassures.
Les propriétés mécani ques des résines synthétiques thermoplastiques leur confèrent un autre avantage sur les cé- roïdes. Etant en effet plus dures, plus tenaces et plus résilientes, elles permettent d'éviter les rayures, les déformations et même les ruptu res, qui se produisent dans certains cas dans les grappes de modèles en matières cireuses, au cours des manipulations ou au cours du remplissage du moule par les poudres réfrac taires.
Malgré les avantages que présente l'emploi des matières thermoplastiques, les deux pro cédés et les deux sortes de matières restent toutefois conjointement utilisés dans toutes les fabrications industrielles. Les matières thermo plastiques peu fusibles ne peuvent en effet êtie moulées que par des machines puissantes, dans lesquelles sont montés des moules en acier dur dont la fabrication coûteuse ne se justifie que pour des séries importantes. En outre, seuls les modèles peu massifs, ne comportant pas de grandes épaisseurs, sont susceptibles d'être moulés par injection et c'est là un fait bien connu dans les industries de transformation des matières plastiques.
Pour l'économie du procédé, il est souhai table par ailleurs que soit prépondérante la part qui revient à la fusion dans l'élimination du modèle au cours du chauffage auquel le moule est soumis ; c'est une condition évidem ment nécessaire à la récupération d'une partie sensible de la matière du modèle. En fait, alors qu'une fraction importante des mélanges céroïdes est recueillie à l'état liquide pendant le chauffage du moule, les résines thermoplas tiques, le polystyrène par exemple, sont entiè rement perdues, car, trop visqueuses pour s'écouler, elles ne s'éliminent que par volatili- sation, décomposition et combustion.
Il arrive aussi que l'échauffement des substances peu fusibles dans certaines cavités du moule déve- loppe des pressions suffisantes pour déformer l'empreinte.
La titulaire a maintenant découvert un produit apte à être utilisé pour la fabrication des modèles destinés au moulage dit à cire perdue qui, réunissant un ensemble de pro priétés en apparence contradictoires, permet de réaliser des progrès substantiels dans la commodité, le prix de revient et la qualité des fabrications en cire perdue . Les avantages du produit objet de l'invention proviennent de ce qu'il est très supérieur aux céroïdes par sa dureté et sa résilience et de ce que sa plasti cité à la température ambiante est bien moin dre.
Ils résultent aussi de son aptitude à être moulé suivant les commodités particulières et les nécessités de fabrication, par chacun des procédés dont disposent les ateliers de fonde rie de précision : coulée directe à la pression atmosphérique - moulage par intervention d'une faible pression de l'ordre de 4 à 20 kg/cm2, d'air comprimé par exemple injection sous forte pression.
L'invention repose essentiellement sur la découverte de propriétés remarquables et im prévisibles de mélanges de polyéthylènes syn thétiques (paraffines à très haut poids molécu laire obtenues par polymérisation de l'éthy lène).
Il a été conseillé, au Congrès de 1950 de l'American Foundrymen's Society, d'améliorer les propriétés mécaniques des cires paraffini- ques redevables de la coulée par gravité par une addition de polyéthylène en teneur infé- rieure à 10 %.
La titulaire a reconnu par la suite l'intérêt de mélanges à plus forte teneur en polyéthy lène et les a décrits dans le brevet français demandé le 8 août 1951, pour Mélange pour modèles dans le procédé de fonderie à cire perdue , qui se trouve couvrir les mélanges de paraffine et de polyéthylène, qui compren- nent entre 10 et 50 % de polyéthylène.
Avant tous ces travaux, on avait proposé de préparer les modèles par injection sous fai ble pression de résines synthétiques dont le poids moléculaire, compris entre 5000 et 40 000, est assez bas pour que la substance, après addition d'un plastifiant, soit suffisam ment molle à la température de travail pour remplir le moule métallique sous l'action de la pression modérée qui lui est appliquée.
On a cité un mélange de polyéthylène de poids mo- léculaire 10 000 auquel est incorporé 30 % en poids de paraffine ;
le moulage peut en être fait à 900 C sous une pression de refoulement de 14,5 kg/cm2. En réalité, les propriétés thermoplastiques du polyéthylène, constitué uniquement de molécules dont le poids molé culaire s'éloigne peu de 10 000, le rendent apte à être moulé uniquement par injection sous forte pression avec plus ou moins de difficultés et les propriétés mécaniques des moulages obtenus sont très médiocres et insuf fisantes pour certains usages comme le mon trera la comparaison des résiliences qui sera faite avec les produits conformes à l'invention.
La plastification par addition de paraffine per met le recours au moulage sous faible pres sion, niais les propriétés mécaniques sont en core plus faibles que celle du polyéthylène et sont insuffisantes pour assurer des fabrica tions de qualité.
En fait, on n'a pas réussi jusqu'à présent à utiliser les polyéthylènes seuls et/ou plasti fiés. Les produits obtenus sont insuffisants par leurs propriétés mécaniques, soit trop fluides, soit trop visqueux, pour satisfaire aux condi tions industrielles de moulage.
Ainsi, un polyéthylène à poids moléculaire élevé de l'ordre de 24 000 est apte à donner de bons moulages par injection sous forte pression (100 kg/cm2 à 180o). Mais on cons tate que les grappes se déforment sous des charges très faibles et ne peuvent donc pas supporter les efforts qu'elles ont à subir nor malement au cours du remplissage du moule.
Dans un autre cas, celui du.' polyéthylène de poids moléculaire 2500, moulable par gra vité entre 120 et 1500, les modèles restent suf fisamment rigides pour l'emploi pratique, mais ils sont trop fragiles : leur résilience, mesurée et exprimée comme il est dit ci-dessous est de 4 kg x cm environ à 260, valeur que l'expé rience montre être insuffisante dans la pratique industrielle. On peut légitimement admettre, dans ces conditions, qu'aucun polyéthylène, quel que soit son poids moléculaire moyen, ne peut convenir à la fonderie de précision, car, dans ces produits courants,
les poids moléculaires restent compris entre des limites plus ou moins étroites et obéissent plus ou moins à une répartition gaussique. L'invention a pour objet un produit pour la confection de modèles destinés au moulage dit à cire perdue , caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange comprenant des polyéthylènes de poids moléculaires très dif férents. Cette différence des degrés de poly mérisation dans les composants polyéthyléni- ques du mélange conduit à des produits mou- lables de propriétés mécaniques très élevées.
On citera comme exemple de produit con forme à l'invention celui constitué par un mé lange qui comprend du polyéthylène de poids moléculaire voisin de 24 000 et du polyéthy lène dont toutes les molécules ont un poids compris entre 2500 et 3000 ; la température de fusion du premier désigné H est de 1400 et celle du second désigné N est 107p C. Le ta bleau ci-dessous montre bien la différence très importante de résilience par rapport à des polyéthylènes de même poids moléculaire moyen, mais dont les molécules ont des degrés de polymérisation très voisins.
EMI0003.0008
<I>Produits <SEP> P. <SEP> M. <SEP> Résilience</I>
<tb> <I>étudiés <SEP> - <SEP> moyen <SEP> en <SEP> kg/cm-I</I>
<tb> Polyéthylènes <SEP> constitués <SEP> de
<tb> molécules <SEP> de <SEP> degrés <SEP> de <SEP> <B>10000</B> <SEP> 8
<tb> polymérisation <SEP> peu <SEP> différents
<tb> Mélanges <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> N
<tb> et <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> H <SEP> ( <SEP> <B>10000</B> <SEP> 26 Ces mesures ont été faites avec un mouton pendule de 1,5 kg, la distance entre appuis étant de 30 mm. L'éprouvette utilisée a une section de 16 mm X 8 mm à fond d'entailles triangulaires de 1,5 mm X 3 mm.
Parmi les mélanges constitués à partir des polyéthylènes désignés ci-dessus<I>N</I> et<I>H,</I> ceux qui satisfont aux conditions nécessaires de résilience, de dureté et de résistance à la déformation sous faible charge, contiennent moins de 90 % de N et moins de 75 % de H.
Dans le domaine de l'injection, la pression de moulage doit être d'autant plus élevée -que la température est plus basse et que la teneur en produit hautement polymérisé est élevée. On signalera comme mélange doué de pro priétés particulièrement élevées le mélange de 62 % de polyéthylène N et 38 % de polyéthy- lène H.
Sa résilience, mesurée comme il -a été dit, est de 27,1 kg/ cm et sa dureté Brinell, mesurée avec une bille de 10 mm de diamètre sous une charge de 45 kg, est de 5;4 kg/mm2 ; il ne se déforme pas sous les charges aux quelles il est soumis dans la confection du moule ; il peut être coulé en chute après avoir été porté à l'état liquide par chauffage à 2400.
Une résilience encore plus grande, 35 kg X cm est obtenue par mélange de 50 % de polyéthylène N et 50 % de polyéthy- lène H ; la dureté est elle-même un peu supé rieure et égale à 5,7 kg/cm2.
Dans la pratique, le prix des mélanges conformes à l'invention peut être abaissé par adjonction de paraffine, en proportion infé rieure à 40 0/0, par exemple, pour le mélange des polyéthylènes<I>N</I> et<I>H.</I> L'utilisation et les propriétés des mélanges obtenus, avec ou sans paraffine, seront expliquées par les diagram mes ci-annexés, dans lesquels La fig. 1 est un diagramme qui servira commodément de guide pour le choix du mode de moulage des mélanges de polyéthylènes non plastifiés.
La fig. 2 est un diagramme double, dont la partie supérieure représente les lignes d'égale dureté Brinell, établies en fonction des teneurs en polyéthylène<I>H,</I> polyéthylène<I>N</I> et paraffine. La partie inférieure de la figure in dique, pour les mélanges des mêmes consti tuants les lignes d'égale résilience.
La fig. 3 représente trois réseaux d'iso thermes, correspondant, en fonction des pro portions des trois constituants des mélanges, à la solidification, aux températures de solidi fication d'état fluide et d'état visqueux.
D'après le diagramme de la fig. 1, concer nant le choix du mode de moulage, la droite A-B sépare le plan en une région située à sa gauche, qui représente l'état liquide, et une région située à droite qui représente l'état visqueux.
Il est à remarquer que le polyéthylène N passe franchement de l'état solide à l'état li quide fluide alors que le produit H se trans forme par fusion en un liquide visqueux.
En ce qui concerne les propriétés thermo plastiques des mélanges contenant une certaine proportion de paraffine, la fig. 3 comporte Un réseau du haut, sur lequel sont tracées lés lignes isothermes correspondant à la solidi fication.
Au-dessous de ce réseau, en sont figurés deux autres : celui de droite correspond à l'état fluide, pour une viscosité comprise entre 10 et 50 (voisine de celle de la glycérine).
Celui de gauche correspond à l'état vis queux, pour une viscosité inférieure à 1 poise (voisine de celle des huiles très fluides).
Il résulte des études poursuivies par la titulaire que le mélange de parties égales de paraffine, polyéthylène<I>N,</I> polyéthylène<I>H,</I> cité en exemple, est très apte à donner de bons moulages en chute. Ses propriétés mécani ques : dureté Brinell 5,8 kg/mm2, résilience 7,8 kg X cm conviennent à de nombreuses applications.
Les mélanges de polyéthylènes conformes à l'invention peuvent contenir en outre des plastifiants comme la paraffine qui, par leur simple présence, agissent aussi comme diluants, et/ou des composants additionnels, tels que l'ozokérite, agissant uniquement comme di luants ; tous ces composants additionnels, y compris les plastifiants, doivent être parfaite ment miscibles aux polyéthylènes à l'état fondu.