Procédé pour la fabrication d'une pièce creuse en matière plastique
et appareil pour sa mise en oeuvre
L'invention est relative à un procédé de fabrication d'une pièce creuse en matière plastique pourvue d'au moins une cavité débouchant sur sa surface externe, et notamment d'une pièce tubulaire telle qu'une pièce de raccordement pour tuyauteries en matière plastique.
De telles pièces ont déjà été fabriquées en injectant sous pression la matière ramollie préalablement par élévation de température dans un moule fermé pourvu d'un noyau intérieur.
Toutefois, ce procédé présente plusieurs inconvénients.
D'une part, la température à laquelle on peut chauffer les matières plastiques est assez limitée : en effet, une trop forte élévation de température risque de provoquer une carbonisation de la matière qui altère considérablement ses caractéristiques mécaniques. Dans le cas d'une matière plastique telle que le chlorure de polyvinyle, il n'est pas possible de dépasser 2000 C. L'injection nécessitant une matière aussi plastique que possible, on est obligé de travailler dans une gamme de températures très proches de la température de carbonisation et une telle fabrication nécessite un réglage de température très délicat à réaliser.
D'autre part, et malgré la plasticité obtenue par cette élévation de température, l'injection s'opérant par un orifice de petites dimensions, la pression nécessaire pour la fabrication des pièces est généralement très élevée (plusieurs tonnes), ce qui nécessite une installation importante.
Divers moyens ont bien été proposés pour réduire la viscosité de la matière tels que l'addition d'un plastifiant, mais cette addition provoque généralement une modification et une diminution des caractéristiques mécaniques du matériau.
Enfin, lors de l'injection, la matière pénètre dans le moule par un seul orifice et se sépare généralement en deux nappes qui contournent le noyau pour se réunir par soudure après ce contournement. Or, cette zone de soudure constitue toujours une zone de moindre résistance : il a été constaté que les matières plastiques, notamment les chlorures de polyvinyle, se soudent mal. Ce fait se constate expérimentalement lorsqu'on soumet des pièces moulées par injection à un essai de pression intérieure. Généralement, la rupture se produit suivant une ligne qui correspond à la zone de soudure.
Le procédé que comprend l'invention permet d'éviter tous ces inconvénients. I1 consiste à ramollir une masse compacte de matière plastique, d'un volume au moins égal à celui de la pièce à fabriquer, à placer cette masse ramollie dans un moule dont la surface interne correspond à la surface externe de la pièce à obtenir et à faire ensuite pénétrer dans ce moule au moins un noyau dont la surface externe correspond à une portion au moins de la surface interne de cette pièce, de manière à provoquer un fluage de ladite matière dans l'intervalle laissé libre entre ce noyau et ladite surface interne du moule.
L'invention comprend également un appareil pour la mise en oeuvre du procédé, et une pièce creuse en matière plastique obtenue par ledit procédé.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, représente une forme d'exécution et une variante d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
La fig. 1 est une coupe de ladite forme d'exécution avant mise en place des noyaux;
la fig. 2 est une vue correspondante après introduction des noyaux;
la fig. 3 représente la pièce obtenue après démoulage;
la fig. 4 est la coupe d'une variante de ladite forme d'exécution destinée à la fabrication d'une pièce à tubulures telle qu'un té.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2, l'appareil est destiné à la fabrication d'une pièce P constituée par un manchon tel que celui qui est représenté à la fig. 3. Ce manchon comporte un corps cylindrique 1 qui est pourvu à chacune de ses extrémités d'une collerette externe 2 et qui comporte un alésage 3 dans lequel fait saillie une collerette interne 4.
Le moule A est constitué en deux parties 5 et 5a assemblées suivant un plan de joint dia métral longitudinal XX (fig. 1) par n'importe quel moyen bien connu non représenté. Ce moule comporte une chambre de moulage 6 dont la surface correspond au profil de la surface externe de la pièce à obtenir. Dans la cavité 6 du moule peuvent pénétrer par translation axiale deux noyaux B et C, guidés par des surfaces 7 et 8 ménagées aux deux extrémités du moule. Le noyau de droite B comporte une portion cylindrique 9 dont le diamètre correspond à celui de la partie cylindrique de l'alésage 3 du manchon à obtenir et dont la longueur est telle qu'il pénètre dans le moule jusqu'au droit de la face transversale (fig. 3) de droite de la collerette 4 de ce manchon.
L'autre noyau C comporte également une portée cylindrique 10 prolongée par une portée 11 de diamètre plus petit correspondant au diamètre interne de ladite collerette 4. Les longueurs des portées cylindriques 10 et 11 du noyau C correspondent aux longueurs axiales de l'autre partie de l'alésage 3 du manchon et de sa collerette 4. Des butées sont disposées sur le moule en 12 et 13 et sur les noyaux en 14 et 15 pour limiter la pénétration des deux noyaux, de manière qu'à la fin de course d'enfoncement (fig. 2) les deux noyaux soient au contact par leurs tranches d'extrémité 16 et 17.
Des moyens de chauffage et de refroidissement non représentés peuvent être prévus pour le moule et les noyaux.
La fabrication s'opère de la manière suivante
Une masse compacte M de matière plastique d'un volume correspondant exactement à celui de la pièce P à obtenir est d'abord chauffée pour être rendue plastique, puis est introduite dans le moule dans son état plastique.
Cette masse peut être constituée, par exemple, par un bout cylindrique prélevé dans une tige pleine obtenue au moyen d'une machine à extruder.
Le moule A est ensuite fermé, puis les noyaux B et C sont progressivement enfoncés dans le moule. Lorsque les noyaux arrivent au contact de la matière plastique M, ils y pénètrent, forçant ainsi la matière à fluer dans l'espace libre subsistant entre les noyaux et le moule. Lorsque les noyaux ont atteint leurs fins de course, ils sont en contact par leurs tranches d'extrémité 16, 17 (fig. 2) et la ma tière remplit alors exactement en P le volume laissé libre entre le moule et les noyaux. Après refroidissement de la matière, les noyaux sont retirés, le moule est ouvert et la pièce P démoulée.
Comme on le voit, la fabrication de la pièce est obtenue par pénétration, dans une masse M compacte, de deux noyaux qui refoulent la matière et la forcent à fluer le long de ces noyaux.
La section offerte à la matière pour fluer est en fait la section même de la pièce et se trouve considérablement plus importante que la section d'un orifice usuel d'injection. Il en résulte qu'à plasticité égale, l'effort nécessaire pour opérer la déformation de la matière est considérablement plus réduit que dans les machines à injecter connues. I1 a été constaté que cet effort est de l'ordre de quelques centaines de kilos.
On a également constaté qu'il n'est pas besoin de chauffer la matière à une température aussi élevée que celle nécessaire pour l'injection. C'est ainsi que pour un chlorure de polyvinyle ayant une température limite de travail de l'ordre de 2000 C environ, il suffit d'opérer un chauffage de l'ordre de 140 à 1500 C. ll en résulte une notable sécurité au point de vue travail de la matière plastique et une nécessité beaucoup moins importante d'une régulation précise de température puisqu'en aucun cas on ne risque de dépasser la température limite d'emploi de la matière plastique.
Enfin, on remarquera que la matière se trouve refoulée longitudinalement suivant tout le pourtour de la pièce. I1 n'y a donc plus contournement du noyau par deux nappes destinées à se réunir par soudure et, par conséquent, la zone de soudure est supprimée. ll en résulte que la pièce obtenue présente en tous ses points les mêmes caractéristiques mécaniques. Si l'on essaie à la pression intérieure des pièces obtenues par la mise en oeuvre illustrée ci-dessus du procédé objet de l'invention, on constate que, au lieu de se rompre suivant une ligne correspondant à la ligne de soudure, comme c'est le cas dans les pièces coulées par injection, ces pièces commencent par gonfler puis se déchirent.
La rupture de la pièce est donc obtenue non plus par séparation des deux nappes au voisinage de la ligne de soudure, mais par déchirement même de la matière qui atteint sa limite de résistance. En d'autres termes, dans une pièce moulée par injection, la résistance de la pièce est limitée par la résistance de la soudure du matériau, tandis que dans la pièce obtenue suivant la mise en oeuvre décrite du procédé objet de l'invention, la résistance de la pièce est égale à celle même du matériau utilisé. Dans le cas du chlorure de polyvinyle, cette différence est importante : en effet, un joint de chlorure de polyvinyle soudé a une résistance qui est de l'ordre de 50 /o de la résistance propre du chlorure de polyvinyle.
Les pièces obtenues suivant ladite mise en Qu- vre sont donc plus résistantes et le gain de résistance est de l'ordre de 40 à 50 o/o des pièces obtenues par injection.
La forme d'exécution de l'appareil décrite était destinée à la fabrication d'une pièce présentant des surfaces internes et externes lisses.
On a constaté qu'il est également possible de réaliser des pièces comportant des surfaces plus compliquées et notamment des filetages. Il a été constaté que ce mode de fabrication par déformation de la matière présente, notamment dans le cas des filetages, l'avantage de ne pas rompre les liaisons structurelles chimiques des macro-molécules composant la matière plastique. Il en résulte que dans le cas des pièces filetées, les filets sont beaucoup plus résistants aux efforts mécaniques et à l'arrachement que lorsque les filetages sont obtenus par usinage avec enlèvement de matière auquel cas il y a production d'effets d'entaille et de coupe des molécules. Dans le cas où le noyau est fileté, des moyens sont prévus pour, au moment du démoulage, provoquer le dévissage de ce noyau.
Bien entendu, il est possible de réaliser des appareils pour fabriquer des pièces telles que des coudes et même des pièces comportant des tubulures telles qu'un té. La fig. 4 montre schématiquement une variante de la forme d'exécution représentée en fig. 1, utilisée pour la fabrication d'un té. Dans ce cas, le moule Ai est toujours en deux parties symétriques par rapport au plan de la figure. Il comporte trois noyaux Bl, Cl, D1 guidés dans des fourrures 18, 19, 20.
Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour fabriquer le té - on peut, comme c'est le cas sur la fig. 4,
rendre fixe, par exemple par un clavetage
21, le noyau D1 correspondant à la tubu
lure latérale et opérer, comme dans le cas
de la fig. 1, par introduction des deux
noyaux B1 et C1 correspondant aux deux
tubulures coaxiales; - on peut également rendre les trois noyaux
A1, B1 et C1 mobiles et les faire pénétrer
simultanément dans le moule; - on peut encore utiliser trois noyaux mobi
les et faire pénétrer d'abord les noyaux A1
et B1 correspondant aux tubulures coaxia
les et ensuite faire pénétrer le noyau DI
correspondant à la tubulure latérale.
REVENDICATIONS:
I. Procédé de fabrication d'une pièce creuse en matière plastique pourvue d'au moins une cavité débouchant sur sa surface externe, caractérisé en ce qu'il consiste à ramollir une masse compacte de matière plastique d'un volume au moins égal à celui de la pièce à obtenir, à placer cette masse ramollie dans un moule dont la surface interne correspond à la surface externe de ladite pièce et à faire ensuite pénétrer dans ce moule au moins un noyau de surface externe correspondant à une portion au moins de la surface interne de cette pièce, de manière à provoquer un fluage de ladite matière dans l'intervalle laissé libre entre ledit noyau et ladite surface interne du moule.