CH449244A - Procédé de moulage d'un objet en mousse de matière thermoplastique - Google Patents

Description

  
 



  Procédé de moulage d'un objet en mousse de matière thermoplastique
 La présente invention a pour objet un procédé de moulage d'un objet en mousse de matière thermoplastique.



     I1    est connu que certains matériaux thermoplastiques polymériques et résineux,   comme    le polystyrène, peuvent tre expansés ou soufflés en mousse à partir d'une forme granulaire, perlée ou pastillée pour assumer une structure alvéolaire cellulaire ou poreuse solidifiée sous l'action d'un agent expansif ou gonflant y incorporé (un gaz produisant une substance ou un liquide fugace) pour expanser les granules moyennant application de chaleur, en faisant en sorte que le propulsif soit libéré ou thermoexpansé (ou tous deux) alors que le matériau thermoplastique se ramollit dès qu'il atteint une température moussante, raison pour laquelle la pression de l'agent gonflant et thermodilatant l'expanse dans la structure alvéolaire voulue;

   l'énergie calorifique requise pour ramollir le matériau résineux et libérer l'agent gon  flans    destinée à produire de la mousse, étant conventionnellement dérivée d'une source de chaleur engendrée de l'extérieur.



   Jusqu'ici, il n'a pas été possible d'obtenir une bonne fusion sur les surfaces extérieures ou les bords, ainsi qu'aux coins des articles formés, en raison de l'effritement des perles vers les surfaces extérieures. L'expérimentation a été menée en utilisant des moules en verre, propylène et   époxy,    mais une bonne formation de pellicule extérieure a été   difficile, sinon    impossible à obtenir, du fait qu'il n'a pas été   possible    d'atteindre la température superficielle adéquate avec des plastiques ou autres matériaux non conducteurs, rendant ainsi impossible toute élévation de la température du moule au niveau approprié.



   Il est d'usage normal de préexpanser le mélange réactif   pastillé    ou perlé à une densité déterminée et de permettre alors aux perles préexpansées d'aspirer au cours d'une période de plusieurs heures pour établir ainsi un équilibrage des pressions   dans    la masse. Ensuite, on introduit des pastilles préexpansées et aspirées dans la cavité d'un moule en aluminium, par exemple, pouvant tre monté dans une presse et on introduit ensuite de la vapeur dans la cavité pour produire des conditions de température croissante dans l'espace délimité, de façon à provoquer l'expansion des pastilles en une masse consistante, fondue épousant la configuration de la cavité. Le profilé moulé est ensuite refroidi et éjecté de la cavité.



   Généralement, on désire que le degré d'expansion de la matière de l'article moulé soit le mme à l'intérieur et à l'extérieur des surfaces de cet article. A cet effet, il convient d'assurer la présence d'humidité autour de chaque pastille avant et pendant l'entrée dans le champ de fréquence radio, de façon à provoquer une formation uniforme de vapeur.



   Dans ce but, des agents mouillants ont été employés pour aider à rompre la tension de l'eau et permettre à cette dernière de s'écouler et de se répandre plus unifor  mément.   



   On a également introduit des agents mouillants pour tenter de réaliser cette condition de distribution uniforme de l'humidité. Certains sels ont aussi été utilisés, mais ceux-ci se sont révélés indésirables du fait qu'en augmentant le facteur de puissance ils limitent la tension admissible.



   L'utilisation de l'eau, seulement, n'est pas suffisante pour résoudre les principales difficultés. La quantité d'eau requise pour pouvoir recouvrir efficacement toutes les surfaces de toutes les perles est bien supérieure aux normes BTU (British Thermal Unit) pour fusion, et c'est pour cette raison que les solutions diélectriques ont en effet imposé un refroidissement du matériau.



  Aussi, plus la perle est grande et plus il faut d'eau comme fonction inverse de densité. Pour éviter l'écou  
I'écoulement courant dans la paroi du moule. il fallait encore plus d'eau, ce qui prolongeait le cycle réfrigérant.



   Dans les développements susmentionnés, il se produit un manque de fusion superficielle provenant directement du fait que les parois intérieures délimitant la cavité des moules utilisés sont exagérément froides, parce que la vapeur est produite électroniquement en occlusion, au lieu de l'tre par induction d'une source extérieure, ce qui empche la parfaite fusion, particulièrement des surfaces les plus éloignées.



   Les agents mouillants employés doivent tre entièrement compatibles avec le polystyrène et l'eau, doivent avoir un facteur de perte très élevé, ne doivent tre requis qu'en toutes petites quantités, doivent tre rapidement et économiquement obtenables, doivent tre facilement additionnés aux perles, doivent s'échauffer efficacement à de basses fréquences. doivent pouvoir imprégner les perles et tre résistants à l'arc, tous ces facteurs devant conduire à un compromis, étant donné que peu de produits chimiques ou de combinaisons chimiques réunissent ces exigences.



   Divers moyens ont été suggérés pour l'application de l'énergie calorique propre à faire mousser les perles
Da l'air chaud et de l'eau chaude ont été utilisés, mais de tels traitements sont limités dans leurs applications commerciales, particulièrement en raison de leur lenteur, vu qu'il faut quelquefois plusieurs heures pour produire les matières polymériques alvéolaires. On a aussi utilisé les rayons infrarouges, mais ceux-ci ont tendance à surchauffer un côté de la perle. provoquant ainsi l'effondrement de la structure alvéolaire et donnant lieu à une croissance inégale, le côté chauffé ayant une forte croissance et le côté non chauffé une faible croissance. La vapeur est probablement le moyen le plus communément utilisé, mais elle présente des limitations qui doivent tre surmontées.

   Lorsque la structure alvéolaire est formée in situ, en présence du matériel de façonnage, il est difficile de réaliser un chauffage uniforme des articles à expanser, ce qui conduit à une expansion insuffisante et'ou à une expansion non uniforme avec fusion médiocre. La structure alvéolaire qui en résulte peut présenter d'autres caractères indésirables et des symptômes de qualité inférieure; ceci est mme souvent le cas quand les moyens calorifiques passent à l'intérieur du matériel moussant ou lorsqu'on utilise des sondes à vapeur. De plus, l'appareil nécessaire pour produire et façonner la mousse est relativement compliqué, de maniement peu commode et de construction et exploitation onéreuses.



  Par ailleurs, le moulage à la vapeur nécessite l'emploi d'une presse de grande puissance   impliquant    de gros frais qui dépendent des dimensions de la surface du moule. Témoignage supplémentaire de la très grande importance du problème de moulage est le fait que les grands moules d'aluminium communément employés doivent tre chauffés à des températures proches de   110oC    et alternativement refroidis à des températures d'environ 320 C lors de chaque cycle d'opération, d'où le fait que le refroidissement représente la majeure partie du cycle de moulage.



   Les déficiences du moulage à la vapeur se manifestent par une production limitée, de longs cycles de production, un grand investissement en moules, de longs délais de livraison de moules, d'importants équipements de presse et de chaudière à vapeur et par un coût élevé de la vapeur par unité de production, compensant la caractéristique avantageuse du bas prix du matériau brut.



   C'est pour ces raisons que le moulage. à fréquence radio s'annonçait attractif. Malheureusement, les matériaux polymériques expansibles s'approchent à divers degrés du diélectrique idéal. Comme ils sont virtuellement transparents à la puissance qui leur est appliquée par les ondes de haute fréquence. ils ne peuvent pas toujours tre chauffés à leur point de fusion dans un champ de haute fréquence. Néanmoins, les ondes de haute fréquence peuvent tre utilisées de façon que l'énergie électrique soit immédiatement convertie en énergie thermique. La chaleur engendrée provoque une expansion presque instantanée du matériau polymérique pour produire la structure intégrale, cellulaire et de basse densité recherchée et présentant de petits creux ou vides uniformes.



   Des tentatives antérieures connues d'utiliser les ondes de haute fréquence ont échoué parce que les matériaux polymériques ne tolèrent pas facilement l'énergie de haute fréquence.



   Le but de la présente invention est de rendre ce mode de chauffage utilisable.



   Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait qu'on charge un matériau résineux, thermoplastique, granulaire, expansible et humidifié dans la cavité d'un moule ayant un revtement uniforme, poreux et hydroabsorbant, d'une quantité correspondant à celle nécessaire pour remplir complètement la cavité du moule après expansion des granules, on soumet ledit moule et son contenu à un chauffage par haute fréquence pour engendrer de la vapeur de l'humidité du matériau granulaire et effectuer le ramollissement, l'expansion et la fusion du matériau granulaire en une masse épousant la configuration de la cavité, on contraint la vapeur produite à s'écouler sous pression vers la paroi de la cavité pour se condenser au contact de cette dernière et y tre absorbée afin d'empcher l'échappement prématuré de la vapeur dans l'atmosphère,

   on régénère le condensat en vapeur sous l'influence du chauffage à haute fréquence pour produire un supplément de chauffage de la paroi de la cavité et accroître la fusion du matériau granulaire adjacent et on extrait du moule l'objet façonné à la forme de la cavité et ayant un noyau de matériau résineux expansé uniformément capsulé par une pellicule extérieure.



   Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple. une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ainsi qu'une forme d'exécution et une variante d'une installation permettant cette mise en oeuvre.



   La fig. 1 est un schéma du processus de fabrication d'un objet en polystyrène alvéolaire.



   La fig. 2 est une vue en perspective de la partie mâle d'un moule revtue de matière pierreuse.



   La fig. 3 est une vue en perspective d'un objet en polystyrène alvéolaire pouvant tre obtenu avec les moules des fig. 2 et 4.



   La fig. 4 est une vue en perspective d'une pièce femelle revtue de matière pierreuse.



   La fig. 5 est une coupe, fortement agrandie, suivant la ligne 5-5 de la fig. 4, et
 La fig. 6 est une coupe transversale d'un moule et d'un objet alvéolaire placé à l'intérieur, le moule étant représenté en position fermée.



   La préparation des objets façonnés peut avoir lieu en employant un moule de renforcement 10 (fig. 2), et un moule de retenue 20 (fig. 4), les moules coopérant  de façon à délimiter une forme thermoplastique renfermant la mousse qui puisse résister à n'importe quelle modification dimensionnelle interne durant l'emploi par la chaleur produite en cours de soufflage en mousse de la masse contenue dans la cavité du moule.



   Le moule mâle 10 peut tre fabriqué avantageusement en prenant la pièce à reproduire en double et appe   lée la coquille originale de la  <  pièce du client  > y et en    utilisant celle-ci comme guide pour former un moule sur son pourtour. La coquille originale (montrée à titre d'illustration sous forme de revolver dans la fig. 2) est obtenue par façonnage dans le vide, puis recouverte d'une chemise thermoplastique. Sur cette chemise, un revtement 12 de matière de nature pierreuse, tel que ciment, ou béton armé, argile réfractaire, plâtre de moulage à haute température, ou autre matériel réfractaire est appliqué par pulvérisation ou par tout autre moyen, de façon à tre solidaire avec cette dernière, l'épaisseur dudit parement pouvant différer d'un moule à l'autre.



   Des couches alternantes de fibre de verre 14 et un polyester ou une résine époxy 16 peuvent tre appliquées successivement sur ledit parement pierreux 12 pour obtenir l'épaisseur désirée, déterminée par la pression à laquelle le moule doit résister au cours de l'expansion.



  La pulvérisation peut se faire au moyen d'un pulvérisa   teur pour fibre de verre e et une résine polyestérique et    un catalyseur. La masse peut avoir n'importe quelle   épaisseur et les moules peuvent ainsi tre plus s économi-    ques et fabriqués plus rapidement.



   Après fabrication, on enlève la chemise initiale thermoplastique en laissant le revtement pierreux 12 à nu sur tous les côtés ou toutes les faces du moule.



   Le moule femelle 20 peut tre formé similairement autour d'une forme de manière à lui donner la configuration désirée.   I1    peut tre fabriqué en revtant une forme rectangulaire de matière thermoplastique. Le côté extérieur est revtu de ciment 12 et de couches de fibre de verre 14 et de polyester ou résine époxy 16 et, après fabrication, la feuille thermoplastique est enlevée, lais   sant à nu le revtement pierreux sur r tous les côtés de    la cavité.



   Alternativement, au lieu d'une garniture thermoplastique, un agent décollant peut tre appliqué sur la coquille originale et par-dessus le revtement pierreux avec les couches alternées de fibre de verre, polyester ou résine époxy superposées sur ce dernier, l'agent décollant étant enlevé après formation.



   Le moule comprend un revtement ou parement interne de nature pierreuse, dont la porosité est propre à absorber l'humidité.



   La vapeur chaude exsudée de la masse de mousse en expansion est condensée lorsqu'elle entre en contact avec le revtement plus froid du moule et est ainsi absorbée par la paroi poreuse de celui-ci pour s'infiltrer ensuite dans le parement intérieur. En plaçant le moule dans un champ de haute fréquence, le condensat est régénéré en vapeur pour chauffer et fondre la surface du revtement et éviter l'effritement.   



   La fig. 3 montre une forme de produit final l alvéo-    laire 22, formé par les moules des fig. 2 et 4, et comprenant une masse alvéolaire poreuse, présentant une dépression 26 dans sa surface supérieure plane épousant la configuration de l'objet qui doit y tre calé comme le détermine la pièce de moule mâle employé dans sa formation.



   La fig. 5 est une vue de coupe transversale fortement agrandie, prise à travers les parois du moule 20 et illustre la disposition des diverses couches de matériel. Le moule 10 présente la mme apparence dans sa coupe transversale.



   Le moule qui est placé directement dans le champ de haute fréquence est fabriqué et supporté par un matériau isolé électriquement, de façon à éviter toute interférence avec le champ diélectrique lors de l'emploi. Un tel matériau doit tre apte à recevoir un   courant    des électrodes et à son tour, servir d'électrode ou n'tre pas soumis à un chauffage diélectrique appréciable.



   La fig. 18 illustre un moule mâle 200 et un moule femelle 300.



   Le moule 300 est pourvu d'une cavité 302, alors que le moule mâle 200 est muni d'une matrice 202, s'agençant dans ladite cavité, lesdits moules pouvant tre séparés à une ligne de jointure horizontale 204.



   Le moule femelle 300 est entouré d'un cadre en bois 310 pour renforcer la construction et comprend un revtement interne pierreux 314 et des couches alternantes en fibre de verre 316, résine polyestérique ou résine époxy 318 superposées, la couche de fibre de verre attenante au revtement pierreux possédant une tuyauterie de   refroidissement    320 disposée à l'intérieur de ce dernier.



   Une bouche de remplissage 322 s'étend verticalement à travers le moule femelle 300 et son bout supérieur communique avec la cavité 302 dans le moule femelle.



   Le moule mâle 200 est construit similairement et comprend un revtement pierreux 214 dans la partie la plus interne ayant des couches alternées en fibre de verre 216 et résine   éipoxy    218 superposées.



   Des barres 222 sont fixées à une   fiange    périphérique 224 prévue sur ledit moule mâle, lesquelles, quand actionnées par des moyens adéquats, servent à bloquer le moule supérieur en position de moulage ou à le soulever de cette position.



   Dans la cavité 302, on dispose une masse autoexpansante 250 composée de polystyrène qui est soumis à un champ de haute fréquence pour produire la chaleur et l'humidité nécessaires à la fusion de la masse.



   Les ouvertures pratiquées sont fraisées, et les ttes des goujons d'éjection sont au niveau de la face interne plane du revtement pierreux 314.



   Les limites Ide températures maxima et minima varient avec le choix du matériau polymérique. Par exemple, lorsque   l'on    chauffe du polystyrène expansible, une température d'environ 100 à 1250 C doit tre atteinte pour provoquer le ramollissement et l'expansion. Généralement, les alvéolaires polymériques devraient tre retirés du champ à haute fréquence avant que la température n'atteigne 135 à 1500C.



   La température requise varie aussi avec la densité du matériau. Par exemple, lorsqu'on chauffe du polystyrène expansible ayant une densité de   32k, 1m3,    une température d'environ 1100 C est suffisante pour ramollir le polymère et promouvoir l'expansion. Si la densité du matériau est réduite à environ 16   kg/m3,    il faut une température d'environ 1200 C.



   La température à laquelle on chauffe le matériau polymérique traité dans un champ de haute fréquence dépend en dernier lieu de l'énergie absorbée par unité de volume du matériau. A son tour, l'énergie absorbée dépend du facteur de perte de puissance du matériau à chauffer, de la tension appliquée et de la fréquence de l'onde produite par un équipement spécial. Une fréquence de 5 à 100 mégahertz convient.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de moulage d'un objet en mousse de matière thermoplastique, caractérisé par le fait qu'on charge un matériau résineux. thermoplastique, granulaire, expansible et humidifié dans la cavité d'un moule ayant un rev- tement uniforme poreux et hydroabsorbant, d'une quantité correspondant à celle nécessaire pour remplir complètement la cavité du moule après expansion des granules, on soumet ledit moule et son contenu à un chauffage par haute fréquence pour engendrer de la vapeur de l'humidité du matériau granulaire et effectuer le nomollissement, l'expansion et la fusion du matériau granulaire en une masse épousant la configuration de la cavité, on contraint la vapeur produite à s'écouler sous pression vers la paroi de la cavité pour se condenser au contact de cette dernière et y tre absorbée,

   afin d'empcher l'échappement prématuré de la vapeur dans l'atmosphère, on régénère le condensat en vapeur sous l'influence du chauffage à haute fréquence pour produire un supplément de chauffage de la paroi de la cavité et accroître la fusion du matériau granulaire adjacent et on extrait du moule l'objet façonné à la forme de la cavité et ayant un noyau de matériau résineux expansé uniformément capsulé par une pellicule extérieure.