LU82398A1 - Procede de pre-expansion de perles de resine thermoplastique synthetique contenant un agent gonflant,et dispositif pour former un article thermoplastique expanse au moyen de ces perles - Google Patents

Description

D. 5o.997 8 0 ? Π Λ grand-duché de Luxembourg S 8 du 25 avril....l.9..8.Q............ (fKPfr Monsieur le Ministre ,. , 00¾¾ de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes

Titre delivre : ........................................ 3® vgï

Service de la Propriété Industrielle LUXEMBOURG

Demande de Brevet d’invention ·* • I. Requête ...............E*flj.....Box.....0) T 762......a 6oo2 LUCERNE......Suisse,.....représentée par Monsieur Jacques.........

de Muyser......agissant en qualité de mandataire..........................................................................(2) * *........................................................♦♦»·*♦····.....*.................................................................................................................................................................................................................

dépose........ ce ...................................................(3) à.......15............ .... heures, au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : "Procédé de pré-expansion de perles de résine thermoplastique (4) .........synthétique.....contenant un agent gonflant, et dispositif pour former un article thermoplastique expansé.........au moyen de ces..................

........perles"............................

déclare, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont) : , Stuart B......SMITH,.....2o69.....Christian Cir......à CONYERS,.....Conté de__________________(5) „ DeKalb,.....Etat de Georgia 3o2o7, Etats-Unis d'Amérique___________________________________ 2. la délégation de pouvoir, datée de........?.URICH________________________________ je 19.....décembre 1979 3. la description en langue £ï^nçaise-----------------------------------de l’invention en deux exemplaires ; 4........1...................... planches de dessin, en. deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le.....25.....avril.....198o................................................................................................................................................................................................................

revendique pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)......................brevet..............................................déposée(s) Lr/m aux Etats-Unis d’Amérique..............

le......2o juillet 1979..........|No......059,392}___________________________________________________________________________________________________________(8) au nom de .....b.'.i.5Yenteur......................................................................................................................................................................................(9) élit domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg ____________________________________ * 35/ blü. Royal__________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________(10) * sollicite la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à .... ......LL______________________ ........mois.

f\Lp Ânanda’ftairé C ' .'i y < \ \ \ / · Π. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Industrielle à Luxembourg, en date du : 25 avril 198o .···..........··. Pr. le Ministre à 15__________ .... heures / \ de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, / \ P- d· ίχ ;a a 1, \ /

Jf ^ ·.. y A 68007 '.............

D. 5o.997

REVENDICATION DE LA PRIORITE

de la demande de brevet / VW/ JEf\ AUX ETATS-UNIS D'AMERIQUE Du 2o JUILLET 1979 Mémoire Descriptif ’ déposé à l'appui d'une demande de

BREVET D’INVENTION

au

Luxembourg au nom de: CELLOFOAM A.G.

pour : "Procédé de pré-expansion de perles de résine thermoplastiqi synthétique contenant un agent gonflant, et dispositif poui . former un article thermoplastique expansé au moyen de ces perles".

= l· b ILa présente invention se rapporte à des articles en mousse expansée faits en matière thermoplastique synthétique, et elle se rapporte plus particulièrement1 à la pré-expansion de perles de ces matières thermoplastiques à 5 utiliser dans le procédé subséquent de moulage.

Il est traditionnel de pré-expanser initialement les , perles thermoplastiques pour former des articles "pré- soufflés". Ces articles pré-soufflés sont expansés à au 4 moins 50% du volume de l’article moulé final. En préformant 10 les perles, le moule peut être sensiblement rempli, permettant ainsi une expansion plus uniforme des perles, l’élimination des vides, de plus faibles pressions de moulage,des cycles plus élevés de production, ét la formation d'une mousse de faible densité. Le procédé de 15 base est décrit par G.R.Franson, Plastics Technology,

Juillet 1956, pages 452-455.

Dans la pré-expansion des perles pour former des articles pré-soufflés, il est important de produire des produits uniformes et dimensionnellement stables à des 20 vitesses élevées de production. Il faut considérer le type du polymère, la teneur en matièresvolatiles de la perle avant et après pré-expansion, et l’humidité de l’environnement. Enfin, l’équipement de pré-expansion et de moulage de la mousse doit pouvoir fonctionner 25 rapidement et sans trouble.

La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de pré-expansion de matières thermoplastiques contenant un agent gonflant. Plus particulièrement, la présente invention enseigne un moyen de pré-expansion 30 qui forme des articles pré-soufflés dimensionnellement stables, qui peuvent être moulés directement aux dimensions finales sans autres finissage. Le procédé et le dispositif selon l’invention permettent de produire un produit fini en moins de temps que ce qui était possible jusqu'à maintenant, 35 pour obtenir un produit sensiblement plus uniforme en terme de sa densité et de son intégrité de structure, et qui peut être fabriqué à plus bas prix, et à moins de capitaux que 2 l’art antérieur.

En bref, des perles thermoplastiques comme des perles de polystyrène, contenant un agent gonflant tel que du pentane, sont pré-expansées en chauffant d’abord par 5 conduction une quantité mesurée ou dosée de perles sous agitation à leur point d’amollissement dans un récipient maintenu sensiblement à la pression atmosphérique. On continue et on règle le chauffage jusqu’à ce que les perles se dilatent à un degré prédéterminée On peut faire 10 balayer un fluide, tel que de l’air^dans la chambre pour retirer tout agent gonflant libéré de la perle pour éviter tout danger possible. Ensuite, le récipient est fermé et évacué pour réduire sensiblement la teneur de l’agent gonflant dans les perles. Quand l’agent gonflant est réduit 15 à la quantité appropriée, le récipient est ramené à la pression atmosphérique.

Les perles peuvent alors être transférées directement à la cavité d’un moule. Alternativement, elles peuvent être ramenées à la pression atmosphérique dans un réservoir 20 de stockage qui maintient les perles partiellement expansées à une température élevée. En maintenant les produits pré-soufflés à une température élevée, on a trouvé que le procédé de moulage subséquent pouvait être effectué bien plus rapidement et avec une consommation générale 25 d'énergie plus faible.

De la chambre de pré-expansion ou récipient de stockage chauffé, selon le cas, lesproduitspré-soufflés . sont injectés dans une cavité préchauffée d’un moule ou plusieurs cavités, par des injecteurs de remplissage 30 à air. On emploie un certain nombre d’injecteurs de remplissage pour effectuer aussi rapidement que possible le remplissage ce la cavité du moule. De même, les cavités peuvent être soumises constamment à un vide d’une pompe d’aspiration pour faciliter le remplissage rapide.

35 Quand le remplissage est terminé, une aspiration sous vide est appliquée à travers une face de la cavité du moule tandis qu’un fluide chauffant comme de la vapeur 3 -J cavité du moule pendant une certaine période de temps.

Ensuite, la direction de l’écoulement du fluide chauffant | est inversée à travers la cavité du moule pour assurer | un chauffage et une expansion uniformej du produit pré- 5 soufflé pour faire fondrë le produit. L’agent gonflant f * résiduel dans le produit pré-soufflé permet l’expansion pendant les températures supérieures de moulage et est nécessaire pour la fusion complète.

| t A la fin de l’expansion et de la fusion des produits j 10 pré-soufflés ; l’écoulement du fluide chauffant est arrêté i · et, pendant un court intervalle, une dépression est maintenue pour retirer sensiblement toute l’humidité et l’agent gonflant. Cela aide également à former- une peau sur l'article moulé, ce qui peut également être accompli 15 en refroidissant les surfaces du moule. Ensuite, l'intérieur des cavités est ramené à la pression atmosphérique et les cavités sont ouvertes pour effectuer une éjection automatique de l’article fini.

Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, 20 le pré-soufflé est de plus expansé dans l'étape de pré-expansion par injection de vapeur dans le récipient après chauffage initial. Cette technique sert à améliorer encore le pré-soufflé et facilite la migration de l'agent gonflant hors du pré-soufflé. Ce mode de réalisation 25 permet de raccourcir la période d’évacuation nécessaire pour éliminer sensiblement tout l'agent gonflant et - permet la formation de pré-soufflés stables d'une densité exceptionnellement basse.

* Le procédé selon l’invention nermet non seulement fj . 30 d’éliminer les temps d’arrêt et de durcissement entre I l’étape de pré-expansion et l’étape de moulage, mais I également d'éliminer le conditionnement de post-moulage 1 nécessaire de l'article fini, ainsi le produit peut f être emballé et expédié vers l'utilisateur, directement I 35 à la sortie de l'appareil de moulage.

! Sans être lié à une théorie particulière, on pense î que le succès unique de l’invention sera mieux compris en considérant l’effet de chaaue étane du nrocédé selon 4 l'invention sur les particules thermoplastiques. Initialement, pendant le stade de préchauffage, la perle est fortement agitée contre les parois chaudes du pré-expanseur sous une atmosphère sèche. La perle est chauffée unifor-5 mément et totalement, et on la laisse se dilater librement tandis que l’agent gonflant se volatilise. Comme le pré-expanseur n'est pas fermé ou ultérieurement soumis à une pression super atmosphérique, l’expansion n’est pas retardée. Pendant ce stade, la densité du pré-soufflé 10 peut être contrôlée en faisant varier la température de

Il perle. Tandis que dans tous les cas la perle est amollhe à un certain degré, aux gammes supérieures de température, elle devient plus fluide avec une plus forte expansion.

Comme la température de la perle (et par conséquent la 15 densité du pré-soufflé) peut être facilement réglée pour chaque lot introduit dans le pré-expanseur, simplement en contrôlant la température de la chemise ou enveloppe et la période de chauffage, on peut former une large gamme de produits.

20 Dans l’étape de préchauffage selon l’invention, on obtient deux autres avantages. D’abord, comme les perles sont chauffées par conduction avec les parois du pré-expanseur, la surface s’amollit plus que l’intérieur, formant ainsi, lors du refroidissement, une peau ou croûte 25 dense autour de la particule. Cela conduit à une stabilité dimensionnelle du pré-soufflé. La vapeur n'a pas cet effet parce qu’elle traverse le pré-soufflé. Deuxièmement, en préchauffant à la pression atmosphérique, cela ne retarde pas l’échappement de 1'.agent gonflant volatilisé.

30 Quand l'expansion est terminée dans l'étape de pré- chauffage, le vide appliqué au pré-soufflé sert à réduire la concentration de logent gonflant à une quantité minimale. Naturellement, il faut moins de temps pour cette étape parce qu’une quantité sensible de l'agent gonflant a été 55 éliminée pendant le préchauffage. L’élimination de l'agent gonflant est un facteur clé pour obtenir un produit dimensionnellement stable. Cependant, le pré-soufflé doit / . __ i 1 5 nécessaire à la plus ample expansion du produit pendant le moulage final.

Dans le mode de réalisation préféré de 1*invention, pour faciliter la réduction de la concentration de l’agent 5 gonflant et le procédé de moulage, on injecte une faible : quantité de vapeur à haute température à la fin de la (période de préchauffage. Cela chauffe rapidement et dilate encore le pré-soufflé. Non seulement cela réduit la densité du pré-soufflé, mais cela augmente également 10 la perméabilité de la peau de surface, réduisant ainsi le temps et l’énergie nécessaires pour extraire l’agent Jj gonflant du pré-soufflé pendant le stade d’évacuation.

; Le chauffage et l’évacuation des produits volatils pendant l’étape de moulage sont également facilités, j 15 Dans le procédé selon l’invention, le moule est totalement rempli du pré-soufflé. Pendant l’étape de moulage par conséquent, il y a peu de changement de la | densité apparente de la masse. En fait, cependant, j les pré-soufflés individuels se dilatent encore pour remplir j 20 les vides entre les particules. C'est pour cette raison qu’il doit rester une légère quantité de l’agent gonflant. Sans lui, aucune autre expansion ne se produira dans les conditions de moulage et la fusion ne se produira qu’au point où les particules sphériques se touchent. Par ailleurs, 25 quand le moulage est terminé, sensiblement tout l’agent gonflant doit être retiré. Pour effectuer cela et pour fondre les particules, on fait passer alternativement

Icfe la vapeur d'un côté du moule tandis que le moule est placé sous vide de l'autre côté. L'étape finale d'évacuation 30 assure également un enlèvement sensiblement complet de l’agent gonflant et de l’humidité. Si ces deux derniers ne sont pas retirés, le temps de refroidissement requis avant que l'article moulé ne paisse être retiré du moule est allongé ( du fait de la forte chaleur spécifique de 35 l’eau et de la pression développée par l’agent gonflant) j avec perte de la stabilité dimensionnelle.

; En résumé, il est apparent que le procédé selon t 6 d’étapessert à retirer rapidement l’agent gonflant et l’humidité, quand ils ont rempli leur fonction, pour ' donner un produit remarquable impossible à obtenir jusqu’à maintenant, à des taux de production particulière-5 ment élevés.

L’invention sera mieux comprise et d’autres buts, .

, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin Ί0 schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel : ' > la figure unique est une illustration schématique du dispositif de pré-expansion et de moulage ainsi que Ί5 du procédé selon l’invention.

En se référant à la figure, elle illustre un dispositif de pré-expansion, généralement désigné en 10, qui comprend un récipient cylindrique 12, dont l’axe est généralement horizontal. Le récipient 12 comporte, 20 dans sa paroi extrême 14, une ouverture pour recevoir un matériau de résine thermoplastique synthétique non expansé, sous forme de perles 16. Le type le plus largement utilisé de matériau est du polystyrène contenant du n-pentane comme agent gonflant. Il a une densité de 25 l’ordre de 0,66 kg/1 et les conditions décrites ci-après sont celles utilisées pour ce matériau. Les perles 16 sont d’abord déposées dans une trémie 18 d’alimentation.

La quantité souhaitée de perles 16 est alors amenée à l’intérieur du récipient 12 par un piston de chargement 30 20 qui peut être actionné à l’air.

La paroi interne du récipient 12 est chauffée à une température de l’ordre de 107 à 121°C par un fluide chauffant circulant dans une chemise ou enveloppe chauffante 22 qui entoure une partie majeure de l’extérieur du 35 récipient 12. Le fluide chauffant est introduit par l’entrée 24 placée adjacente au. bord, sunérieur 23 de la chemise chauffante, d’un côté du récir-ient 12, et il est ;i . 7 • * . ' il le fluide est retiré.

Des moyens sont prévus pour agiter les perles dans le récipient 12, sous forme d'un certain nombre de rayons I r } 28 montés sur une tige rotative qui est entraînée par un i * j 5 moteur, non représenté. Cette agitation empêche l'agglomération des perles et facilite un chauffage uniforme.

j · Tandis que l'entrée adjacente au piston de changement 20 est placée au-dessus de l'axe' central du 10 récipient 12, la sortie 30 est disposée verticalement en dessous de l'axe central ainsi, quand le piston de déchargement 32 est actionné pour ouvrir la sortie 30, les perles expansées s’écoulent sous l'influence de !la gravité vers un récipient de stockage 34·. Ce 15 transfert peut être accéléré en soufflant les pré-soufflés hors du récipient 12 par de l'air provenant d'un ventilateur 36.

Avec le piston de chargement 20 contenant la quantité appropriée de perles 16, les parois du récipient I 20 12 sont chauffées à la température appropriée d'expansion.

j C'est une température suffisante pour amollir la surface ! ’ des perles et pour volatiliser l'agent gonflant, mais ! insuffisante pour provoquer une fusion entre les perles I pendant l'agitation. Le degré d’amollissement de la perle I 25 et la durée du préchauffage dépendent de la densité I du pré-soufflé et du produit fini souhaité. Comme ceux

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jj ' qui sont compétents en la matière le savent, plus la perle I * est amollie, plus l'expansion est importante et plus faible 1 est la densité du pré-soufflé. Par exemple, en utilisant I· 30 une alimentation de 20 kg de perles de polystyrène i contenant 7% de pentane comme agent gonflant, si l'on I cherche à obtenir un produit fini d'une densité de 0,096 kg/1, la vapeur entrant dans la chemise chauffante doit j i être établie à 107°C, avec une période de préchauffage 1 35 de 70 secondes. Par ailleurs, si l'on souhaite un produit | de 0,026 kg/1, la température de la vapeur vers la chemise î chauffante doit être établie à 120°C avec une durée de 8 préchauffage à 140 secondes, à une température de la vapeur de 121°C, la densité peut être réduite à 0,020 kg/1. Une personne compétente en la matière peut facilement déterminer la combinaison appropriée de température et 5 de temps pour l’étape de préchauffage, en considérant le type de la perle thermoplastique, le poids de la charge, l’équipement et la densité souhaitée. Le cylindre de chargement 20 sert à introduire les perles vers l’intérieur du récipient 12 tandis que les barres 28 • 10 de l’agitateur sont entraînées en rotation pour amener continuellement les perles en contact avec la surface chauffée du récipient 12.

De l’air chaud provenant d’une source peut être introduit , de préférence à une température supérieure au 15 point d'amollissement des perles, par un conduit 38 et la paroi 14 jusqu’à l’intérieur du récipient 12. Un fort courant d’air chaud est maintenu dans la chambre 12 en aspirant 1*atmosphère dans le récipient par un conduit 40 relié à une pompe à vide. Ainsi, l'intérieur du 20 récipient peut être maintenu à ou près de la pression atmosphérique, et toute vapeur ou gaz émis pendant l'expansion des perles peuvent être rapidement retirés.

Ce dernier point est important car cela aide à retirer le pentane de la perle et cela sert de mesure de sécurité 25 car le pentane gazeux dégagé et libéré vers l’atmosphère du récipient est très explosif quand il est mélangé à l’oxygène. Par ailleurs, si les perles reçues entraînent de l’humidité par suite de longues périodes de stockage ou de toute étape de nettoyage avant traitement, il est 30 important que l'humidité soit retirée afin que l’expansion de toutes les perles se passe à un taux assez uniforme.

Dans les cas où l'on souhaite une mousse d’une densité particulièrement faible ou des taux supérieurs de production, on peut introduire une quantité dosée 35 de vapeur à haute température par un certain nombre de lignes d'entrée (non représentées) au fond du récipient 12 après expansion initiale des perles à l’air sec. Cette ^ 1 -V-X _ _ 4“ X vmn -i-riTTi'n/inr+nriß ηνη-ι/·^·! οηΠΛ Ci Λΰΐ "1 a. -rvr' A, iî 6.

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Il 9 i i \ I soufflé, par exemple de 100 à 177°C, et elle libère ' la chaleur latente de condensation sur les particules- | de polystyrène. Cela sert à augmenter rapidement la température des particules et produit une expansion 5 supplémentaire* Cette étape est également accomplie ! à la pression atmosphérique ou presque. Seule une quantité limitée de condensât se forme pendant cette étape I parce que la masse de chaleur amenée aux perles est ajoutée ; ’ par convection pendant l’étape de préchauffage. Cette Î10 condensation est totalement retirée par un certain nombre d’orifices de sortie (non représentés) au sommet . et au côté du récipient 12 pendant l’étape d'évacuation ! i décrite ci-après. L'utilisation d’un certain nombre \ J d’orifices d’entrée et de sortie de vapeur assure une j, 15 distribution régulière de la vapeur à travers les perles en agitation.

I Quand les perles expansées ou pré-soufflées atteignent la densité souhaitée, la pression dans la chambre 12 est abaissée à une pression subatmosphérique (de 5,1 cm à r I20 64 cm Hg de vide, de préférence 25 cm à 51 cm Hg) par mise en action de la pompe à vide par la ligne 40. En abaissant | · la pression à ce stade, le gaz résiduel dans les produits pré-soufflés peut être réduit pour donner une excellente stabilité à ces produits. Cette étape de vide ou dépression 25 retire la majorité de l’agent gonflant (et du condensât , si l’on utilise l’addition de vapeur) tout en laissant une quantité juste suffisante pour permettre une plus ample expansion des perles pendant l'étape de moulage.

De préférence, si les perles de polystyrène contiennent 30 à l'origine environ 59c à 7% en poids de l'agent gonflant, l'étape de dépression réduit le niveau à 0,5-2% en poids, de préférence à environ 1% en poids de gaz restant. En utilisant, ce mode de réalisation préféré de l'invention, c'est-à-dire addition de vapeur après préchauffage, l'éva-35 cuation de l'agent gonflant est facilitée. On pense que cela est dû au fait que la peau devient plus perméable .

auxgaz.

i , * V _ ί * ' J____^ ~ ___ J ^ A ~ A “1 ~ _ A «J- 1° de déchargement est actionné pour effectuer le déchargement rapide des produits pré-soufflés vers le récipient'isolé de stockage 34, maintenu à la pression atmosphérique et à une température de 49 à 77°C. Du récipient ou réservoir 5 de stockage 3^·» les perles-partiellement expansées sont amenées pneumatiquement par des conduits 46 et 47 vers un dispositif de moulage généralement désigné en 50«

Alternativement, la sortie 42 peut être directement reliée à un conduit tubulaire pour vider rapidement le ^0 récipient 12 et charger immédiatement une cavité de moule comme on le décrira ci-après. Dans ce cas, les produits pré-soufflés doivent être remis à la pression atmosphérique avant introduction dans la cavité du moule.

Comme en le décrira en plus de détail ci-après, 15 (jes injecteurs de remplissage actionnés à l’air sous pression sont employés pour injecter le produit présoufflé dans deux cavités identiques 52 et 54schématiquement illustrées sur le dessin. Le dispositif de moulage 50 comporte des plateaux 56 et 58 de moulage montés fixement 20 sur un moyen formant châssis généralement désigné en 60.

De plus, un plateau de moulage 62 est monté mobile sur le moyen formant châssis 60, en face du plateau 56 et un plateau identique de moulage 64 est monté mobile sur le moyen formant châssis 60 en face du plateau 58.

25 Comme on le décrira en détail ci-après, chaque plateau 56, 53, 62 et 64 est traversé d’un certain nombre de perforations dont certaines ont pour but d’admettre de produit pré-soufflé de l’injecteur 66 et dont d’autres ont pour but d'admettre un fluide chauffant et d’évacuer 50 d’intérieur de chaque cavité.

Les plateaux 62 et 64 sont mobiles vers et au loin c.e leur contre-partie. Avec cet agencement, des articles moulés tels qu'une planche d’isolement peuvent ftre produits sur une très large gamme d’épaisseurset 55 ~e formes simplement en faisant varier la dimension des cavités 52 et 54 ainsi que la configuration des faces clles-même du moule.

, Le système de traitement du fluide du dispositif 11 de moulage 50 sera maintenant décrit en se référant au dessin.

Dans le procédé préféré, un fluide chauffé comme de l’air chaud est amené à deux chambres séparées 68 et 70 5 qui sont placées de façon appropriée près du dispositif de moulage 50. Tandis que de l’air chaud peut être utilisé comme fluide chauffé, on préfère de la vapeur surchauffée à ime température de l’ordre de 93 à 135°C. De la chambre 68, le fluide chauffé est amené par un ou plusieurs 10 conduits 72, à une chambre (non représentée) placée derrière la face du plateau 62. Une soupape à commande magnétique 74, mobile entre une position ouverte et une position fermée, règle l’écoulement du fluide par le j conduit 72. De même, un ou plusieurs conduits 76 t 15 réglés par une soupape semblable 78, amènent le fluide à la chambre derrière la face du plateau 64. Comme les plateaux 62 et 64 sont mobiles sur le moyen formant châssis 60, il est souhaitable que les conduits 72 et 76 soient flexibles pour compenser ce mouvement, il 20 De la chambre 70, le fluide chauffant est amené par un ou plusieurs conduits 80 et 84, auxplateaux 56 et i 58, respectivement. Des vannes 82 et 86 à commande | magnétique règlent de même l’écoulement par les conduits 80 et 84, respectivement. Comme on le décrira ci-après, 25 un tube de vidange 88 est de préférence placé verticalement en dessous du dispositif de moulage 50 et il est relié ! ' par un conduit 90, au moyen d'une soupape 92, à la chambre se trouvant derrière la face du plateau 62. De même, un conduit 94, par une soupape 96, est relié en un certain j 30 nombre de points à la chambre derrière la face du plateau j 56 et au tube de vidange 88. Des conduits 98 et 100, I par des soupapes 102 et 104, respectivement, relient j les chambres derrière les faces des plateaux 58 et 64, j j respectivement, au tube de vidange 88. Le tube 88 est relié | 35 par une soupape 106, à une pompe à dépression de grande I capacité schématiquement indiquée en 108. Une vidange i vers l’atmosphère est prévue pour le tube 86 par une soupape 12 système de traitement du fluide sont à commande magnétique pour permettre leur commande à distance, de préférence au moyen d'un programme. De même, toutes les soupapes sont du type par tout ou rien afin d’être soit totalement 5 ouvertes ou totalement fermées.

Avec le dispositif· de moulage décrit jusqu’à maintenant, les étapes de traitement selon l’invention seront maintenant décrites.

Avec les plateaux 62 et 64 placés en position 10 fermée par rapport aux contre-parties respectives 56 et 58, la température des cavités 52 et 54 est maintenue à 93-135°C, si nécessaire par passage du fluide de l’une ou l'autre des chambres 68 et 70 vers les cavités du moule. Avec les plateaux du moule bien verrouillés 15 et scellés, les soupapes 74, 82, 86, 78 et 110 sont fermées, tandis que les soupapes 92, 96, 102, 104 et 106 sont ouvertes, et la pompe à vide 108 est mise en marche pour abaisser la pression à une valeur subatmosphérique, de préférence à 20-23 cm Hg de vide dans les cavités 52 20 et 54. Peu de temps après, les injecteurs 66 sont actionnés pour injecter les perles chaudes et partiellement ’ expansées dans les cavités 52 et 54 pour les remplir.

Quand les cavités ont été remplies, les injecteurs 66 sont arretés et les soupapes 82, 86, 92, 104 et 106 sont 25 eu position ouverte tandis que les soupapes 96, 102, 74, 78 et 110 sont en position fermée. Ainsi, en ce stade, le fluide de la chambre 70 passe par les conduits 80 et 84, par les faces des plateaux respectifs 56 et 58 à travers les cavités respectives 52 et 54 et sort par les faces 30 des plateaux 62 et 64 par les conduits '90 et 100 jusqu’à la pompe à vide 108. Après un certain temps, la direction d’écoulement du fluide chauffé peut être inversée.

Pour, effectuer 1’inversion quand on l’utilise, les soupapes 80 et 84 sont fermées tandis que les soupapes 35 74 et 78 sont ouvertes et les soupapes 92 et 104 sont fermées tandis que les soupapes 96 et 102 sont ouvertes, ainsi le fluide s’écoule de la chambre 68 par les faces « a*. /" «k I r f \ ! ^ » 1 * . . I · 13 opposée et il sort par les orifices dans les faces des plateaux 56 et 58, par les conduits 94 et 98 jusqu'à-la pompe 108. Cet agencement permet de réduire la possibilité de créer un gradient de densité dans l’épaisseur 5 de l’article moulé, ce qui permet d’obtenir un produit sensiblement plus uniforme. De plus, comme on le sait bien, les perles partiellement expansées servent de barrière très efficace d’isolement ainsi, quand le fluide chauffant n'est amené que d’un côté d’une cavité du moule 10 et que l'on effectue une planche moulée très épaisse, il faut employer des temps de moulage sensiblement plus importants pour assure une fusion complète des perles 1 à travers toute la cavité. Cependant, avec le procédé et le dispositif selon l’invention, le temps de moulage 15 est sensiblement réduit car le fluide sature les perles partiellement expansées à partir de côtés opposés, assurant ainsi un chauffage intime et total de chacune des perles.

Le refroidissement du produit dans les cavités du moule est alors accompli en fermant toutes les soupapes 20 des chambres 68 et 70 et en ouvrant les soupapes 92, 96, 102, 104 et 106, la pompe à vide étant en fonctionnement et la soupape 110 étant toujours fermée pour réduire la pression à une valeur subatmosphérique, de préférence environ 25 cm Hg de dépression. L’humidité et tous gaz 25 dans les cavités 52 et 54 sont alors évacués et la température dans les cavités baisse également avec la ! * baisse de la pression. Dans cette étape, la concentration de l’agent gonflant est réduite à moins de 0,554 en poids, de préférence moins de 0,55° en poids. Subséquemment, 30 alors 7la soupape 106 est fermée et la soupape 1.10 est ouverte pour amener les cavités du moule à la pression atmosphérique, ensuite les plateaux sont déverrouillés et ouverts, et le produit moulé fini est automatiquement éjecté de chaque cavité.

35 Le dispositif selon la présente invention, comme on l’a décrit ci-dessus, peut accomplir rapidement ! « une séquence de moulage principalement en vertu du fait S! ’ ' M . . «L Π Μ M im M · . 1 A A V\ A Vi 4” ft 4— M MA «A 4 J A WM A WA 4· WA MVWM T « A A A A WA A V) T /AA» 14 partiellement expansées^ ensuite les perles peuvent’ être uniformément chauffées à leur température de fusion pour les consolider à la forme de l’article fini. Le produit moulé est alors éjecté des cavités et est immédiatement 5 prêt à un emballage et une expédition vers un utilisateur.

Tandis que la présente invention a été plus particulièrement décrite en utilisant des perles de polystyrène contenant du n-pentane comme agent gonflant, ce ne sont que des matériaux préférés. On peut citer, 10 comme autres polymères particulaires et pouvant mousser que l’on peut utiliser, d’autres homopolymères et copolymères dérivés de monomères vinyliques comme du chlorure de vinyle, du divinyl benzène, de l'alpha-méthylstyrène, du diméthyl-styrène nucléaire et du vinyl naphtylène. En plus des 15 homopolymères de polystyrène, sont particulièrement adaptés des copolymères de polystyrène avec de l’alpha-méthylstyrène, du divinyl benzène, du butadiène, de l’isobutylène et de 1’acrylonitrile ayant environ 50% ou plus de styrène. On peut citer comme autres agents 20 gonflants utiles, des hydrocarbures aliphatiques ou cyclo-aliphatiques volatils , généralement ayant de 1 à 7 atomes de carbone par molécule. Ils comprennent le méthane, l’éthane, le propane, le butane, l’hexane, les éthers de pétrole, le cyclopentane, le cyclohexane, 25 le cyclopentadiène et des dérivés halogènes qui ont des points d’ébullition en dessous, du point d’amollissement des polymères. D’autres comprennent le dichloroéthylène, le dichlorodifluorométhane, l’acétone, le méthanol, l’acétate de méthyle, l’acétate d’éthyle, le formiate 30 de méthyle, le formiate d’éthyle, le propionaldéhyde et le dipropyl éther. L'agent d’expansion est généralement présent en quantité de 3 à 15% en poids des polymères ; on préfère de 5 à 8%.

Pour mieux illustrer la présente invention, on se 35 référera aux exemples qui suivent.

Exemple 1

En utilisant le dispositif ci-dessus décrit, 15 polystyrène contenant 7% de n-pentane comme agent gonflant.

La température de la chemise est établie à 107°C et les perles sont préchauffées pendant 100 secondes, tandis que de l’air s’écoule à travers le récipient à raison de 2832 5 litres par minute. Pendant la période de préchauffage, la pression dans le récipient est à peu près atmosphérique et les perles se dilatent. Ensuite, le récipient est scellé et un vide de 58 cm Hg est appliqué pendant 3 minutes. Cela réduit la concentration en n-pentane à environ 1% en poids, i 10 Les pré-soufflés obtenus on une densité de 0f026 kg/l.

Le pré-soufflé est subséquemment moulé en une planche I sur une machine à deux plateaux, ayant des dimensions de ! 1,2 m x 2,4 m avec une épaisseur de 51 mm. Le moulage > a lieu à une pression de vapeur de 0,0070 kg/mm . On 15 obtient une excellente fusion des particules. Le produit est refroidi sous vide pendant 3 minutes. Il présente une bonne stabilité dimensionnelle avec une concentration en agent gonflant de l’ordre de 0,25?o.

! Exemple 2 20 On répète le procédé de l'exemple 1 à l'exception qu’après la période de préchauffage, on introduit de la p vapeur à une pression de 0.070 kg/mm dans le récipient pendant 6secondes, pendant lesquelles le récipient est i maintenu à la pression atmosphérique. Le récipient est j 25 alors placé sous vide, vidé pendant 30 secondes et le vide est maintenu pendant 11/2 minute. Cela est suffisant j pour réduire la teneur en pentane à environ 1% en poids.

j ’ Le produit résultant a une densité extrêmement faible il de 0,012 kg/l et est sec. Ce produit est également moulé j 30 comme on l'a décrit à l'exemple 1, à l’exception qu’il I v 2 I ne faut de la vapeur qu'à une pression de 0,0056 kg/mm pour traverser les pré-soufflés. Le temps de refroidissement ! ^ est réduit à 20 secondes. On obtient une excellente fusion j| des perles et le produit a une stabilité dimensionnelle j| 35 remarquable. Le temps réduit de refroidissement montre || que le produit moulé est dépourvu de toute humidité et I de tout agent gonflant.

16

Bien entendu, l’invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n’a été donné qu’à titre d’exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrets ainsi que leurs combinaisons si celles-5 ci sont exécutées suivant son esprit et mises en œuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.

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Claims (22)

1. Procédé de pré-expansion de perles de résine thermoplastiqufe contenant un agent gonflant, caractérisé par les étapes de : (a) déposer lesdites perles (16) dans une chambre .5 (12) ayant une surface interne chauffée à peu près à la température de fusion desdites perles et au-dessus du point d’ébullition dudit agent gonflant; (b) agiter continuellement, sensiblement à la pression * jj atmosphérique, lesdites perles pour empêcher l’agglomération i| 10 tandis que lesdites perles absorbent la chaleur de la ! surface interne de ladite chambre, jusqu’à ce que lesdites perles atteignent leur point d’amollissement et se dilatent en volume ; (c) réduire la pression dans ladite chambre pour 15 extraire une partie sensible de l’agent gonflant gazeux l desdites perles expansées ; et (d) laisser lesdites perles expansées retourner sensiblement à la pression atmosphérique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que de la vapeur à une température supérieure à la | température des perles expansées précitées est introduite en contact direct avec lesdites perles expansées à la fin Ide l'étape (b) afin de mieux chauffer et dilater lesdites ’ perles expansées.

3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la résine thermoplastique précitée est du polystyrène, 1’agentgonflant précité est du n-pentane et en ce que le teneur en agent gonflant dans les perles expansées précitées après l’étape (c) est de 30 l'ordre de 0,75 à 2% en poids.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - l'on fait passer un gaz non inflammable à travers la chambre précité pendant l'étape (b) pour balayer l'agent gonflant volatilisé qui s'est échappé des perles 18 5. procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, cpractérisé on ce qu’après que les perles expansées sont retournées sensiblement à la pression atmosphérique, elles sont transférées à une cavité d’un moule (52, 54) 5 où un finide chauffe est introduit d’un côté de ladite cavité t^Hdis que l’on-maintient une pression négative sur le c^té opposé de ladite cavité pour mieux expanser lesdites perles jusqu’à ce que lesdites perles soient fondues i et en ce quand la fusion est terminée, 10 l’alimeniati°n en fluide chauffé est arrêtée et une dépression est maintenue sur ladite cavité pour retirer l’agent gonflant et l'humidité résiduels ; et en ce qu'après avoir re‘;ir^ l’humidité et l’agent gonflant résiduels, ladite c~vité est ramenée à la pression atmosphérique et ainsi for*“C est retire# 5e ^océdé selon la revendication 5» caractérisé en ce qu*“ 1 * écoulement de fluide chauffant précité à travers -a cavité précitée est inversé en amenant ledit fluide chauffant de l’autre côté de ladite cavité tout 20 en maini-nairt 11118 dépression sur le premier côté de ladite cavité.

7 Procédé de formation d’un article en polystyrène expansé 1 partir de perles de polystyrène contenant du n-pentar- comme agert gonflant, caractérisé par les étapes 25 de : (a' déposer lesdites perles dans une chambre (12) ayant u: - température interne de l’ordre de 82 à 121°C ; agiter continuellement, sensiblement à la pression atmosDh---iq'':e> lesd.res perles pour empêcher l’aggloméra-30 tion a-f*-- ou’elles , osorbent de la chaleur de la surface interne — -adite c'ambre, qu’elles s’amollissent et qu’elles se dila^11^ en vo--**e » (c réduire 1? pression dans ladite chambre de 25 cm à 51 eu dg ?--in de “^duire le pourcentage pondéral du 35 n-penta·- dans r-'ystΥΓ®ηβ à environ 0,75-2% ; et (q laisser loi-dites perles expansées retourner à la pressic' sensibler?·. - atmosphérique. . . « —. «I *1 · _t · r—t I / . / I 19 ce qu'après que les perles précitées ont été expansées à l’étape (b), de la vapeur à une température au-dessus de la température desdites perles est introduite en contact direct avec lesdites perles pour mieux les dilater,

9. Dispositif pour former un article thermoplastique expansé à partir de perles d’une résine synthétique thermoplastique contenant un agent gonflant, caractérisé par : un moyen chauffant (12,36) pour élever la température 10 desdites perles pour les dilater à un degré choisi à la pression sensiblement atmosphérique avant de les mouler, un moyen formant moule (50), un moyen (46,48) pour transférer lesdites perles expansées dudit moyen chauffant audit moyen formant moule, 15 ledit moyen, formant moule comprenant des premier (62) et second (56) plateaux, lesditsplateaux se faisant face, un moyen (60) maintenant lesditsplateaux pour ! un mouvement relatif l’un vers l’autre à une position I, fermée et au loin l’un de l’autre à une position ouverte^ ! 20 un moyen pour obturer lesdit plateaux quand ils sont en position fermée afin de définir entre eux une cavité, ledit premier plateau;, définissant un côté de ladite cavité et ledit second plateau définissant le côté opposé, une source d'un fluide chauffant, 25 un moyen de manipulation du fluide (68,70) pour j __ amener un fluide chauffé à ladite cavité à partir du premier côté de ladite cavité tout en retirant le fluide par son autre côté, puis pour réduire la pression dans ladite cavité en dessous de la pression atmosphérique et 30 pourremener ladite cavité à la pression atmosphérique.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen chauffant précité comprend une chambre cylindrique (12), une chemise chauffante pour chauffer l’intérieur de ladite chambre (12), une entrée 35 d'alimentation et une sortie d’évacuation, chacune étant placée en position espacée dans ladite chambre, avec un moyen (36) pour la circulation d'air chauffé à la pression 9 20 et un moyen (28) pour agiter les perles dans ladite chambre.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chemise chauffante précitée comporte un moyen 5 pour y faire circuler de l’huile chaude.

12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’un réservoir de stockage des perles expansées (34) est prévu pour stocker les perles expansées évacuées du moyen chauffant précité.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen précité pour transférer les perles expansées précitées comprend un certain nombre de conduits tubulaires (46,48) chacun ayant une extrémité reliée au réservoir de stockage précité et une autre extrémité 15 reliée à un distributeur actionné à l’air, chaque distributeur ayant une tubulure 66 de distribution des perles en communication avec la cavité précitée en des emplacements espacés le long de chacun des plateaux précités.

14. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que des moyens pour chauffer chaque plateau précité sont prévus.

15. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque plateau préci-té se compose d'une face 25 traversée d'un certain nombre de trous d'évent qui sont distribués sur ladite face, un moyen formant châssis (60) ayant une paroi enfermant le côté dudit plateau qui est opposé au côté faisant face à l'autre face du moule et définissant une chambre de distribution du fluide.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la source de fluide chauffant précitéecomprend un réchauffeur à air relié par le moyen de manipulation du fluide. précité à chaque chambre de distribution du fluide.

17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la source de fluide chauffant précitéecomprend une source de vapeur sous pression. ! · 21 !> i 16 ou 17» caractérisé en ce que le moyen de manipulation du ! fluide précité comprend de plus : i un premier conduit (72) reliant la chambre, précitée | de distribution du fluide du premier plateau précité à I5 la source précitée de fluide chauffé, un second conduit (80) reliant ladite chambre de distribution dudit second plateau à ladite source, ! un premier moyen formant soupape (74) dans ledit ' * premier conduit, f 10 un second moyen formant soupape (82) dans ledit second conduit, une pompe à vide (108), un tube de vidange (88) relié par une soupape (106) à ladite pompe à vide (108), 15 un troisième conduit (90) reliant ladite chambre Ide distribution du fluide dudit premier plateau audit tube de vidange, un troisième moyen formant soupape (92) dans ledit troisième conduit, 20 un quatrième conduit (94) reliant ladite chambre i ‘ de distribution dudit second plateau à ladite chambre I ‘ d’alimentation, Iun quatrième moyen formant soupape (96) dans ledit quatrième conduit.

19. Dispositif pour former un article thermoplastique expansé à partir de perles de résine thermoplastique et 1 synthétique quiontété au moins partiellement mais i * incomplètement expanséesàla chaleur et qui contiennent un agent gonflant, caractérisé par : 30 un moyen formant moule comprenant des premier et second plateaux de moulage (62 et 56), lesdits plateaux i se faisant face, un moyen formant châssis (60) maintenant lesdits plateaux pour un mouvement relatif l’un vers ] l’autre jusqu’à une position fermée et au loins l’un de 35 l’autre jusqu’à une position ouverte, un moyen pour obturer lesdits premier et second plateaux en position fermée afin ί de définir entre eux une première cavité (52), ledit premier i 22 f plateau définissant un côté de ladite première cavité et ledit second plateau définissant son côté opposé, une source d’un fluide chauffant, un moyen de manipulation du fluide (68,70) pour 5 amener un fluide chauffé à ladite première cavité (52) d’abord par l’un de 5es côtés tandis que l’on retire le fluide par l’autre, puis par l'autre côté tandis que l'on retire le fluide par le premier, puis pour réduire * la pression dans ladite première cavité à une valeur 10 inférieure à la pression atmosphérique et pourramener ladite première cavité à la pression atmosphérique.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le moyen formant moule précité comprend des troisième (58) et quatrième (64) plateaux pour former 15 un article thermoplastique expansé, lesdits troisième et quatrième plateaux se faisant face et étant montés sur le moyen formant châssis précité pour un mouvement relatif l'un vert l'autre jusqu’à une position fermée et au loin l'un de l'autre jusqu'il une position ouverte, un moyen pour 20 obturer lesdits troisième et quatrième plateaux quand ils sont en position fermée afin de définir entre eux une seconde cavité de moule, ledit troisième plateau définissant un côté de ladite seconde cavité et ledit quatrième plateau définissant son côté opposé, 25 lesdits troisième et quatrième plateaux étant reliés audit moyen de manipulation du fluide pour être alimentés “ en fluide chauffé de ladite source d’abord d'un côté de ladite seconde cavité tandis que l'on retire le fluide par l'autre côté, puis dudit autre côté de ladite seconde 30 cavité tandis que l'on retire le fluide par son premier côté, et ensuite pour réduire la pression dans ladite seconde cavité à une valeur en dessous de la pression atmosphérique et pour ramener ladite seconde cavité à la pression atmosphérique.

21. Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 19 ou 20, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour éjecter les articles formés d’une cavité lors d'un i } i . 25 position ouverte.

22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que le moyen précité pour éjecter comprend un certain |l nombre de tiges montées coulissantes sur le moyen formant 5 châssis précité, une extrémité de chaque tige faisant ' # • saillie à travers une ouverture dans l’un des plateaux précités, chaque tige étant reliée à l'autre desdits plateaux faisant face au premier de façon que lors d'un mouvement relatif desdits plateaux, lesdites tiges I 10 fassent saillie dans l'espace entre lesdits plateaux. \ 23. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que le plateau définissant le premier côté de la cavité précitée comporte un moyen chauffant auxiliaire entourant son pourtour.

24. Dispositif selon la revendication 23» caractérisé en ce que le moyen chauffant auxiliaire précité se compose d’un certain nombre de tubes pour recevoir individuellement \ un fluide chauffant, lesdits tubes s’étendant côte à côte au loins de la surface du plateau précité définissant i 20 le premier côté de la cavité précitée.

25. Dispositif selon l’une quelconque des revendica tions 19 à 24, caractérisé en ce que des moyens mobiles J; de serrage sont prévus pour bloquer les plateaux précités Iqui se font face, en position fermée.

26. Dispositif selon l’une quelconque des revendica tions 19 à 25, caractérisé en ce que le plateau précité =. définissant le premier côté de la cavité précitée est monté fixement sur le moyen formant châssis précité, ! et il comprend des parois latérales qui entourent le 50 plateau définissant le côté opposé de ladite cavité.

27. Dispositif pour former deux articles thermoplastiques expansés à partir de perles de matière thermoplastique synthétique, qui ont été au moins partiellement mais incomplètement expansées à la chaleur et qui contiennent 35 un agent gonflant, caractérisé par : un moyen formant moule comprenant une première (62,56) et une seconde (58,64) paires de plateaux, lesdits plateaux » 24 (60) maintenant chaque paire de plateaux pour un mouvement relatif l'un vers l'autre jusqu'à une position fermée et au loin l'un de l'autre jusqu'à une position ouverte, un moyen pour obturer lesdites paires de plateaux 5 en position fermpe pour définir une première (52) et une seconde (54) cavité, de-moule entre les plateaux de chaque paire, l'un desdits plateaux de chaque paire définissant un côté de la cavité respective,1'autre définissant * le côté opposé, 10 une source d'un fluide 'chauffant* un moyen de manipulation du fluide (68,70) pour amener un fluide chauffé à chaque cavité d'abord du premier côté de chaque cavité tout en retirant du fluide de l'autre côté, puis du côté opposé tout en retirant le fluide par 15 le premier côté, pour réduire ensuite la pression dans chaque cavité en dessous de la pression atmosphérique et ramener lesdites cavités à la pression atmosphérique, chaque paire de plateaux ayant un plateau monté solidement sur ledit moyen formant châssis, l'autre 20 plateau étant monté sur des tiges de guidage reliées à· un moyen formant moteur, ainsi lors d'une mise en action dudit moyen formant moteur, ledit autre plateau est déplacé simultanément de sa position respective ouverte à sa position respective fermée sur- ledit moyen formant châssis, 25 et de sa position fermée à sa position respective ouverte sensiblement simultanément lors de l'inversion dudit moyen formant moteur. f ' f i ... ' l \ \ λν λ, ; > \ - ^ ' " ·___.S -S., ^ -. \ N.--"·'