CH640174A5 - Procede de faconnage d'objets en caoutchouc spongieux et objet resultant de ce procede. - Google Patents

Description

La présente invention est relative à un procédé de façonnage d'objets en caoutchouc spongieux; elle concerne également l'objet en caoutchouc spongieux résultant de ce procédé.

Ces produits sont notamment des éponges sphériques, destinées à circuler à travers les tubes d'échangeurs de chaleur pour en nettoyer les surfaces internes, comme décrit dans le brevet US N° 2820824 de Taprogge, en particulier à la colonne 4, lignes 7 à 27.

Le caoutchouc cellulaire, tel que celui d'une éponge ordinaire, a tendance à présenter une peau et, à l'utilisation pour le nettoyage, doit être débarrassé de cette peau et présenter les bords coupés des cloisons en caoutchouc qui enveloppent les pores, car ce sont ces bords qui sont efficaces dans le nettoyage de surfaces encrassées. En conséquence, ces éponges sont ordinairement fabriquées en dimensions majorées, ébauchées puis pelées ou découpées aux dimensions et forme désirées.

Ce pelage d'épongés en caoutchouc présentant une surface doublement incurvée est un processus long et coûteux, car l'éponge en caoutchouc est inconsistante et difficile à supporter convenablement dans l'opération de pelage pour obtenir les dimensions et forme nécessaires, en particulier si ces éponges ont des dimensions maximales au plus égales à environ 25 mm.

L'éponge, qui doit être pelée pour présenter une forme particulière, peut être constituée en une matière quelconque, plus ou moins élastomère, telle que du caoutchouc naturel ou ses produits de remplacement synthétiques, ou encore des caoutchoucs synthétiques en polymères de diène assez analogues, tels qu'un caoutchouc de poly-butadiène, de butadiène/styrène ou de butadiène/carylonitrile, ou encore des élastomères de nombreux autres types, tels qu'un caoutchouc de néoprène ou de silicone.

Le procédé de fabrication de l'éponge peut être l'un quelconque des procédés connus aboutissant à un produit présentant une porosité appropriée et des parois flexibles et minces désirées des cellules. De façon plus particulière, la matière spongieuse peut être soit une éponge soufflée par voie chimique, présentant des pores ouverts et réalisée par vulcanisation d'un mélange caoutchouteux contenant des produits chimiques dégageant un gaz en vue de créer les pores,

soit une mousse de latex fabriquée par transformation en mousse d'un latex liquide, avec ensuite gélification, vulcanisation et séchage de la mousse, soit encore un caoutchouc expansé à cellules fermées, obtenu en dissolvant un gaz dans le caoutchouc sous haute pression, puis abaissement de la pression lorsque le caoutchouc est au moins partiellement vulcanisé.

Le rapport de recherche international, pour situer l'art antérieur, a cité les brevets suivants: US Nos 2167125, 2335294, 2801824, 2867000, 3640028, 3812224, 3874124, 4021280. De plus, un rapport de recherche supplémentaire effectué par l'office européen des brevets, département de La Haye, a cité les exposés antérieurs suivants: FR-A N°s 2163335, 2079656, GB-A N° 1090034, FR-A N°s 1419829,1378077.

En considérant toutes ces publications, on constate que certaines de celles-ci ne concernent pas un procédé typiquement destiné au façonnage d'objets en caoutchouc spongieux et que, par ailleurs, aucune des publications qui concerneraient plus ou moins un tel procédé ne propose des mesures techniques permettant de rendre le processus relativement court et peu coûteux tout en obtenant des dimensions et forme de l'objet en caoutchouc résultant qui correspondent relativement bien à ce qui est désiré.

De toutes ces publications antérieures, les deux publications FR-A Nos 2163335 et 1419829 ont seules été considérées, sur le plan européen, comme dignes d'être quelque peu discutées. En substance: l'exposé FR-A N° 2163335 décrit un procédé pour ébarber (ou ébavurer) des objets cassants réalisés en un matériau compact, procédé dans lequel lesdits objets sont refroidis avant d'être mis en contact avec des outils convenables, et l'exposé FR-A N° 1419829 décrit un traitement mécanique d'une mousse en vue d'en enlever la peau superficielle qui s'est formée, ce traitement mécanique s'effectuant sans refroidissement de la mousse.

Sur la base des définitions condensées ci-dessus, il a été admis que l'objet de l'exposé FR-A N° 2163335 n'entrait pas dans le cadre de la présente invention, notamment par le fait que le procédé était destiné toujours à traiter des matériaux compacts et n'était nullement prévu pour des objets en caoutchouc spongieux. On a également relevé que le procédé selon cette publication antérieure était un procédé d'ébarbage ou d'ébavurage destiné à enlever uniquement des parties de matière très petites par rapport à l'objet lui-même, tandis que le procédé selon l'invention vise à la mise en forme de l'objet (en caoutchouc spongieux) par enlèvement d'une quantité de matière qui peut être notable.

Concernant la deuxième publication discutée plus en détail, FR-A N° 1419829, il y a été constaté qu'elle ne faisait aucunement mention, ou même simplement suggestion, d'une réfrigération préalable en vue d'altérer la structure de la mousse à traiter mécaniquement. Cette publication FR-A N° 1419829 aurait au maximum pu être éventuellement significative en liaison avec la publication FR-A N° 2163335, dont on vient de voir qu'elle n'était pas à prendre en considération ici. Pour toutes les autres publications antérieures citées, la remarque tout à fait générale précédemment énoncée s'applique et montre à l'évidence qu'elles ne sauraient nuire à la brevetabilité de l'objet de la présente invention.

Le but de la présente invention est de fournir un procédé de façonnage d'un objet en caoutchouc spongieux qui soit moins long, moins coûteux, plus avantageux que les procédés connus de l'art antérieur.

Pour atteindre le but visé, l'invention propose un procédé de façonnage d'objets en caoutchouc spongieux par enlèvement de couches superficielles jusqu'à obtention des dimensions et formes désirées, caractérisé en ce que l'ébauche en caoutchouc spongieux est congelée et en ce que la matière est enlevée par meulage de cette ébauche ainsi congelée.

La congélation de la matière spongieuse pour la préparer en vue de l'opération finale de pelage, aux dimensions et forme désirées,

doit être réalisée à une température suffisamment basse pour que la matière caoutchouteuse soit rigide, au point qu'elle résiste à la déformation pouvant être provoquée par la pression de l'outil de coupe,

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et qu'elle puisse par conséquent être pelée aux dimensions et forme appropriées.

La congélation est réalisée le plus avantageusement en utilisant un gaz très froid résultant de l'évaporation d'un liquide ou d'un solide ayant une température extrêmement basse de vaporisation. Avec certains élastomères, l'anhydride cabonique liquide ou solide engendrant des températures de —50 à — 75° C convient bien, mais on préfère généralement utiliser la température beaucoup plus basse d'environ — 195°C que l'on obtient avec de l'azote liquide, lequel est disponible à un coût modéré et permet un pelage ou opération de mise en forme, de pratiquement tous les élastomères, sous des dimensions très précises.

Dans les dessins annexés à titre d'exemple:

la fig. 1 est une vue d'une balle en éponge réalisée par le procédé suivant l'invention;

la fig. 2 montre trois balles en éponge réalisées simultanément; la fig. 3 est une vue en perspective d'un bloc spongieux à partir duquel les balles de la fig. 2 peuvent être obtenues;

la fig. 4 est une représentation schématique d'une balle spongieuse en train d'être mise en forme dans un dispositif de meulage sans pointes, et la fig. 5 est une vue en plan du dispositif de meulage sans pointes (centerless) de la fig. 4.

Suivant une forme de réalisation actuellement préférée de l'invention, une sphère 10 en caoutchouc spongieux, telle que représentée sur la fig. 1, est préparée en mélangeant un caoutchouc naturel ou une matière synthétique équivalente, avec des agents classiques de vulcanisation et de gonflage convenant pour la production d'une éponge ayant une densité apparente d'environ 0,2 et qui n'est pas sensiblement affectée par immersion prolongée dans l'eau, avec ensuite vulcanisation du mélange dans un moule pour plaques ayant une épaisseur voisine de 25 mm.

La plaque d'éponge vulcanisée est découpée en cubes qui peuvent être en ébauches de sphère, par découpage des arêtes et des coins, et que l'on congèle ensuite. Cette congélation peut être réalisée de toute manière appropriée, par exemple en immergeant les ébauches d'éponge dans un récipient bien calorifugé dans lequel se trouve un bac rempli d'azote liquide, et un ventilateur de circulation, en exposant ainsi l'ébauche à une atmosphère d'azote en circulation très froid. L'immersion directe d'un corps cellulaire dans l'azote liquide constituerait un gaspillage comme on l'a constaté.

Les ébauches congelées d'éponge sont conformées dans une recti-fieuse sans pointes, telle que représentée schêmatiquement par les fig. 4 et 5, comprenant une fraise ou meule d'usinage 41 présentant une surface périphérique à profil correspondant à la surface de révolution de la pièce désirée, de préférence une meule ordinaire de rectification.

La pièce devant être une sphère dans ce cas, la surface de meulage est une gorge à section semi-circulaire 44 formée sur l'entière périphérie de la meule pour réaliser ainsi la sphère 10. La meule comprend également de façon traditionnelle un galet de réglage 42 et un support de travail 43 sur lequel la pièce 45 est maintenue en cours de la conformation aboutissant à la sphère 10.

Suivant un processus préféré, les ébauches congelées ayant les dimensions majorées peuvent être alimentées automatiquement et successivement en position de rectification sur le support de travail 43 d'une rectifieuse sans pointes, classique, où chaque ébauche est rectifiée rapidement et de façon précise aux dimensions voulues selon une surface sphérique avec des tolérances appropriées, étant ensuite évacuée et remplacée par une autre ébauche qui sera traitée de façon similaire. Les produits sphériques sont ensuite transférés dans un poste de réchauffage à la température ambiante pour reprendre leur

élasticité caoutchouteuse. Les pièces finies peuvent éventuellement être ensuite lavées pour enlever toutes particules de caoutchouc meulé avant d'être envoyées à l'utilisation ou emballées pour le transport.

Il est bien connu depuis longtemps que le caoutchouc solide, étant refroidi aux températures extrêmement basses, est rendu fragile et se brise en éclats sous des contraintes éventuelles. Cela apparaîtrait spécialement avec un caoutchouc spongieux d'épaisseur suffisamment faible pour que, étant à l'état congelé, même un faible effort soit suffisant pour le faire éclater et le rendre inutilisable.

On a constaté, ce qui était surprenant, qu'un effet exactement opposé se produit en fait et que la minceur des parois des cellules du caoutchouc cellulaire ou spongieux permet à la matière d'absorber les efforts de coupe exercés par la meule, sans éclatement, de sorte qu'un enlèvement précis et extrêmement rapide de matière est réalisé pour donner un produit de dimensions et forme précises.

Il est bien connu que le meulage engendre une grande somme de chaleur. On pouvait donc supposer que cette chaleur réchaufferait rapidement la pièce traitée et la rendrait à nouveau flexible. Mais on a encore constaté avec surprise que cet effet n'apparaît pas et qu'un bloc congelé de caoutchouc spongieux peut être meulé très rapidement et avec précision à sa forme finale sans qu'il faille prévoir une réfrigération supplémentaire pendant le meulage.

En raison des dimensions précises que l'on peut obtenir facilement et automatiquement, et du fait des surfaces régulières qui résultent de l'usinage à grande vitesse de la matière durcie par congélation, on a constaté que l'on peut obtenir une production très rapide et très économique de balles en caoutchouc spongieux, de dimensions uniformes et forme sphérique précise.

Bien qu'une application importante de l'invention se situe dans la production de sphères en caoutchouc spongieux de dimensions uniformes, destinées au nettoyage des surfaces internes de tubes d'échangeurs de chaleur, l'invention n'est pas limitée à la production de sphères mais peut être appliquée dans la production d'autres types de produits en caoutchouc spongieux, de forme précise, par congélation d'une ébauche spongieuse à très basse température et par emploi d'un outil de coupe convenable d'enlèvement de matière à grande vitesse, telle une meule abrasive du type que l'on utilise généralement pour usiner les matières solides.

Il est également possible de conformer une série d'objets à la fois en découpant une plaque épaisse de caoutchouc spongieux en tranches suffisamment longues pour permettre l'usinage simultané de deux objets ou plus.

C'est ainsi qu'une plaque épaisse de caoutchouc spongieux (fig. 2 et 3) peut être découpée en bandes rectangulaires de dimensions appropriées pour la production d'au moins deux pièces.

En utilisant un outil multiple et de préférence une meule présentant trois gorges semi-circulaires dans une rectifieuse sans pointes, une barre rectangulaire en caoutchouc spongieux 30 peut être congelée et ensuite rapidement formée selon l'ensemble de la fig. 2 dont les sphères 21, 22 et 23 sont encore reliées par des minces tiges 26, 27 et comportent de plus une autre tige 28, 29 aux deux extrémités. Ces tiges subsistantes 26, 27, 28, 29 peuvent être simplement sectionnées et on obtient ainsi un groupe de trois sphères pratiquement parfaites en une seule opération.

Suivant une variante du processus, chaque ébauche de caoutchouc spongieux peut être imprégnée d'eau qui est ensuite congelée, ce qui est réalisé très facilement dans un bac de mêmes dimensions et forme que l'ébauche. L'éponge ainsi chargée de glace est ensuite refroidie davantage, de préférence à température voisine de l'azote liquide, puis est usinée à la forme finale désirée, de préférence par meulage à grande vitesse. Après réchauffage pour faire fondre l'eau et séchage, le produit est prêt à l'utilisation.

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Claims (7)

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1. Procédé de façonnage d'objets en caoutchouc spongieux par enlèvement de couches superficielles jusqu'à obtention des dimensions et forme désirées, caractérisé en ce que l'ébauche en caoutchouc spongieux est congelée et en ce que la matière est enlevée par meulage de cette ébauche ainsi congelée.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche de caoutchouc spongieux est congelée par évaporation d'azote liquide.

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REVENDICATIONS

3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'éponge congelée est meulée par rectification sans pointes pour réaliser un produit qui présente une surface de révolution.

4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la meule de rectification présente une gorge semi-circulaire afin de réaliser un produit sphérique.

5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une masse allongée de caoutchouc spongieux est soumise au meulage pour réaliser une série de sphères reliées entre elles et que l'on sépare ensuite.

6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le caoutchouc spongieux est imprégné d'eau et que l'on congèle en même temps que l'éponge, celle-ci étant ensuite soumise au meulage puis à une décongélation et à un séchage, après obtention de la forme désirée.

7. Objet en caoutchouc spongieux obtenu par le procédé suivant l'une des revendications précédentes.