LU83716A1 - Procede et dispositif de fabrication de structures alveolaires en matiere thermoplastique et structures obtenues - Google Patents

Description

À

La présente invention concerne la fabrication de structures alvéolaires en matière thermoplastique, en continu ou non. Les structures alvéo-laires concernées par l'invention peuvent être définies, d'une façon géné-- raie, de la manière suivante : il s'agit de structures constituées d'al véoles cylindriques, parallèles, contigus, séparés par des parois minces ou épaisses. Le mot cylindrique est à prendre dans son acception générale, la forme des alvéoles est ainsi définie par l'enveloppe d'une droite ou génératrice se déplaçant parallèlement à elle-même en suivant une courbe fermée dite directrice. La forme de la directrice pourra être ronde, ovale, elliptique ou polygonale par exemple. La forme de directrice particulièrement visée est l'hexagone, la structure alvéolaire ainsi définie est alors du type en nid d'abeilles.

On connaît déjà des structures du type précité réalisées en matériaux thermoplastiques; elles sont, en général, obtenues par deux types de procédés .

Le premier procédé consiste à opérer par thermoformage à partir d'une feuille de matière plastique. Un tel procédé ne peut pas être mis en oeuvre de façon continue, il nécessite une installation importante et il faut, pour changer la forme de la structure fabriquée, des modifications importantes. En outre, suivant un tel procédé, on est limité pour ce qui concerne la hauteur des alvéoles cylindriques réalisés.

Le second procédé consiste à opérer, par injection d'une matière 4 thermoplastique ramollie à l'intérieur d'un moule fermé, le produit se so lidifiant grâce au refroidissement des parois du moule qui suit l'injec-c tion. Cette seconde technique ne peut, par définition, être utilisée qu'au coup par coup et une mise en oeuvre continue n'est donc pas envisageable.

De plus, conformément à ce second procédé, il faut faire appel à des installations complexes si l'on veut obtenir des structures alvéolaires à parois minces et de grandes dimensions.

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Les structures alvéolaires visées, compte tenu des vides qu'elles comportent, des multiples parois qui les définissent, ont des propriétés d'isolation thermique et phonique appréciables et possèdent des propriétés mécaniques intéressantes. Il en résulte que de telles structures alvéolaires sont utilisables dans le bâtiment, par exemple, pour la réalisation de parois verticales ou horizontales notamment et peuvent se substituer aux matériaux cellulaires, Sandwiches et composites déjà connus et utilisés.

L'invention a pour but la fabrication de structures alvéolaires du ty-ï pe précité, en matériaux thermoplastiques, en continu ou non et en évitant les inconvénients des deux procédés évoqués ci-dessus.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour la fabrication de structures alvéolaires, un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé et les produits à structure alvéolaire obtenus.

Le procédé est caractérisé par le fait qu'il consiste en une extrusion en continu d'un matériau thermoplastique au travers d'un étage filière séparant un étage d'alimentation en matière thermoplastique ramollie situé en amont de l'étage filière, d'un étage de refroidissement situé en aval de l'étage filière.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, l’étage filière est en un matériau isolant; il est défini par la juxtaposition de têtes de cylindres traversant l'étage d'alimentation ou d'injection de matière plastique; ces cylindres ayant une paroi chauffante en contact avec la matière plastique et un orifice central permettant l'amenée du fluide de refroidissement à l'étage de refroidissement.

C'est encore me caractéristique de l'invention que de prévoir, au sein des cylindres, une isolation entre les conduits amenant le liquide de refroidissement et la paroi des cylindres chauffante.

La forme de la section des alvéoles de la structure obtenue est définie par les interstices existant entre les têtes des cylindres au niveau de l'étage filière.

i Le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé est en outre caractérisé par le fait qu'il comporte au sein de l'étage de refroidissement, un mécanisme de traction de la structure alvéolaire fabriquée et, en aval de l'étage de refroidissement, un dispositif de coupe de la structure alvéolaire en nappes.

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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après en faisant référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble schématique du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de fabrication de structures alvéolaires conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue extérieure schématique d'un premier type u de cylindre définissant l'étage filière et traversant l'étage d'alimenta tion ou d'injection de matière plastique, tel qu'il apparaît à la figure 1 - la figure 3 est une vue schématique de dessus des têtes des cylindres conformes à celui de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe d'un type particulier de structures alvéolaires obtenues, à savoir à alvéoles à section hexagonale, c'est-à-dire en nid d'abeilles dans un plan perpendiculaire à la génératrice des alvéoles, - la figure 5 est une vue en perspective d'une portion de structure alvéolaire conforme à celle représentée à la figure 4 et après découpe suivant deux plans parallèles, - la figure 6 est une vue extérieure d'un second type de cylindre constituant une variante de celui de la figure 2, - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale du cylindre de la figure 6 par un plan passant par son axe, - la figure 8 est une vue de dessus du cylindre de la figure 6.

Le procédé et le dispositif de l'invention vont maintenant être décrits en faisant référence à la figure 1 qui est un4 vue schématique en coupe de l'ensemble de l'installation.

A des fins de clarté, le plan de la figure 1 sera supposé vertical.

L'ensemble des figures se rapporte à la fabrication d'une structure * alvéolaire dont la section des alvéoles est hexagonale régulière; l'inven tion englobe bien entendu toutes les autres formes de section et, notam- b ment, les formes circulaire, ovale, elliptique, polygonales régulières ou irrégulières en général.

L'installation comporte, de bas en haut, cinq étages qui sont les suivants : - 4 - r - un étage a d'alimentation en fluide de refroidissement . Il comprend un réservoir 1 alimenté en fluide de refroidissement par une tubulure 2 reliée soit à une source de fluide, soit à la sortie du circuit de recyclage du fluide de refroidissement. Le fluide traverse les second et troisième étages de l'installation pour être conduit au quatrième étage d de refroidissement au moyen de conduits 3 de petite section. Le fluide de refroidissement 4 évolue à partir du réservoir 1 de bas en haut, c'est-à-dire suivant la flèche f. Une isolation est prévue à la traversée des second et troisième étages b et c par les conduits 3; ce; le-ci sera précisée dans la suite de la description.

- un étage b d'alimentation en matière thermoplastique; celle-ci est injectée à l'état fluide, à la base de l'étage b par une canne d'injection 5. La matière thermoplastique utilisée est à une température de l'ordre de 240°C. Il peut s'agir, par exemple, de polypropylêne. La base du second étage b est déterminée par une paroi 6 traversée par des cylindres 7 qui traversent également tout l'étage b et dont les têtes 8 déterminent le troisième étage c dit étage filière. Les cylindres 7 présentent en leur centre une cavité 9 traversée par les conduits 3 de fluide de refroidissement. L'isolation entre ces conduits 3 et la paroi 10 des cylindres 7 est réalisée dans ce cas par de l'air. La paroi 10 du cylindre 7 est épaisse et chauffante, le chauffage est réalisé au moyen d'un réseau 11 constitué sei 1 par des résistances électriques, soit par des conduits de fluide de chauffage. La matière thermoplastique 12 est donc maintenue à l’état fluide grâce à son contact avec les parois 10 des cylindres 7, une sonde de température 13 permet de réguler la température de la matière thermoplastique 12 en agissant sur le chauffage des parois 10 des cylindres 7. Cette paroi peut, par exemple, être maintenue à une température régulière de l'ordre de 250°C. La forme extérieure des cylindres 7 s'évase vers le haut, à la partie supérieure du second étage b, en direction des orifices de passage de l'étage filière c en vue de favoriser le mouvement et l'avance de la matière thermoplastique 12. A la figure 1, il est représenté, de façon complète, deux cylindres tels que 7, ce qui permet de réaliser une portion de structure alvéolaire comprenant un alvéole central et des alvéoles périphériques incomplets; bien entendu, comme cela est schématisé en pointillés, les dimensions de l'installation et le nombre des cylindres 7 peuvent être - 5 - v r augmentés à volonté de façon à réaliser des plaques complètes à structure alvéolaire, c'est-à-dire comprenant un nombre important d'alvéoles.

- l'étage filière c est mince, isolant et constitué par les têtes 8 des cylindres 7. Ces têtes ont, dans l'exemple illustré, un contour hexagonal régulier; elles sont surmontées par un dôme 14. La traversée de l'étage filière c par les conduits 3 de fluide de refroidissement prévoit également une isolation comme cela a été indiqué plus haut; celle-ci est réalisée par le matériau constitutif de l'étage filière c, c'est-à-dire des têtes 8 des cylindres 7, ceux-ci sont réalisés en un matériau plastique comme par exemple le PTFE (ou polytétrafluoroéthylène) ou le PFA (polyfluo-roalkoxy). Les conduits 3 traversent les têtes 8 des cylindres 7 en leur centre. Les interstices définis entre les têtes 8 des cylindres 7 déterminent la section de la structure alvéolaire réalisée, qui dans le cas représenté à la figure 5 est une structure dont la section des alvéoles est octogonale régulière, ce qui permet d'obtenir une structure en nid d'abeilles.

- un étage d de refroidissement dans lequel la structure alvéolaire obtenue repérée dans son ensemble par la référence 15 est refroidie par le fluide de refroidissement 4 provenant du premier étage a. Le refroidissement du matériau thermoplastique issu de l'étage filière c est relativement rapide, la structure est pratiquement rigide dès la zone située au voisinage des dômes 14 des cylindres 7. En cours de fabrication, l'ensemble de la structure évolue dans le sens de la flèche g.

Cette évolution de la structure 15 en direction de la sortie de l'installation est favorisée par la poussée d'archimède exercée par le fluide de refroidissement de l'étage d. Pour favoriser cette action, on choisira de préférence, un fluide de refroidissement ayant une densité élevée et, en tous cas, supérieure à la densité de la matière plastique constituant la structure 15. L'extraction de la structure 15 suivant la flèche g est, > de plus, opérée par des organes de traction 16 disposés au niveau de l'é tage de refroidissement d et exerçant sur la périphérie de la structure 15 à la fois une légère traction suivant g et un maintien.

Les organes de traction 16 sont constitués par des bandes souples sans fin 17 munies de protubérances venant en prise avec la structure 15, ces bandes étant reçues par des rouleaux 18 et 19 dont l'un au moins est - 6 -

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entraîné en rotation par un moteur 20.

Etant donné qu'en cours de fabrication, la base de la structure alvéolaire 15, c'est-à-dire sa zone située au voisinage de l'étage filière c, est encore à l'état ramolli, il ne faut pas que les organes de traction 16 exercent sur la structure 15 un effort trop important qui pourrait entraîner des déchirures ou du moins des dégradations. Afin d'éviter de tels problèmes, le moteur 20 est asservi et la vitesse de rotation qu'il inculque au rouleau 19 dépend du débit de l'étage filière c.

- - un cinquième et dernier étage e de découpe de la structure 15 est prévue à la partie supérieure de l'installation. La découpe de la structure 15 s'opère au sein même du fluide de refroidissement. Elle est réalisée au moyen d'un fil coupant 21 muni de protubérances mû latéralement de façon à tronçonner la structure 15 dans un plan perpendiculaire à l'axe de ses alvéoles. Le fil 21 est porté par un équipage 22 contenant des moyens moteurs non représentés. Comme la découpe de la structure 15 s'effectue en continu, c'est-à-dire pendant que cette structure évolue suivant la flèche g, la découpe s'effectue à la volée et, pour ce faire, un moteur 23 entraîne l'équipage 22 suivant g à la même vitesse qu'est débitée la structure 15. Après chaque opération de coupe, le fil 21 est ramené vers le bas de façon à couper et débiter une nouvelle tranche de structure 15. Le fil 21 étant au sein du fluide de refroidissement, ce dernier lubrifie pendant la coupe et permet d'obtenir des plaques de structures alvéolaires 15 dont les bords sont parfaitement découpés et sans bavures. Le fluide de refroidissement qui remplit l'étage de refroidissement d et l'étage de coupe e est évacué hors de l'installation par une tubulure 24, il peut être à ce moment soit purement et simplement évacué, soit recyclé en direction de la tubulure 2 alimentant le réservoir inférieur 1 après avoir été ramené à sa température optimum et, surtout, débarrassé des impuretés qu'il contient provenant notamment de l'opération de coupe au moyen du fil 21.

L'installation de l'invention peut fonctionner soit en continu, c'est-à-dire débiter en permanence la structure 15 qui est découpée à l'étage e, soit fonctionner par à-coups et débiter une quantité déterminée de structure 15.

A la figure 2 est représenté un cylindre 7 conforme à ceux qui apparaissent sur l'installation de la figure 1, mais dépourvu du dôme 14. On - 7 - a * ! y voit le conduit 3 le traversant de part en part, sa tête hexagonale 8 dont la géométrie extérieure détermine avec les têtes 8 des autres cylindres 7 la section des alvéoles de la structure 15, sa partie supérieure externe 25 évasée favorisant le passage de la matière plastique à l'état fluide au travers des orifices de passage de l'étage filière c.

A la figure 3 sont représentés, vus de dessus, trois cylindres tels que 7. L'espace 26 défini entre leurs trois têtes 8 permet d’obtenir une structure conforme à celle représentée en perspective à la figure 5 et ’ dont la section apparaît à la figure 4.

Les figures 6 et 7 montrent, en vue extérieure et en coupe, un cylindre 7 constituant une variante de celui représenté à la figure 2. Celui-ci présente un dôme supérieur 14 hémisphérique, une tête 8 hexagonale et on y retrouve le conduit 3 intérieur permettant le passage de fluide de refroidissement disposé au centre du passage 9 réalisant l'isolation avec , le corps même 10 du cylindre. La nature isolante de la couronne 8 détermi nant l'étage filière c de l'installation permet d'éviter les échanges thermiques par conduction entre le corps 10 du cylindre et les conduits 3 de refroidissement. Les conduits 3 débouchent à la partie supérieure du cylindre 7 au centre du dôme supérieur 14.

D'autres matières plastiques que le polypropylène peuvent être utilisées pour réaliser me structure alvéolaire telle que 15.

Une structure alvéolaire conforme à celle obtenue par le procédé de l'invention peut être utilisée pour réaliser des poutres, des panneaux auto-porteurs isolants ou des planchers porteurs destinés au bâtiment.

Une telle structure peut être utilisée pour remplacer les produits expansés cellulaires connus, pour réaliser des matériaux Sandwiches, composites procurant me parfaite isolation et permettant leur utilisation dans le cadre de structures auto-portantes en raison de leurs propriétés mécaniques. La structure alvéolaire de l'invention peut être utilisée également pour réaliser des filtres, des drains, des caissons étanches et des élément! applicables au domaine du chauffage par énergie solaire ou à celui des amortisseurs de chocs. Un tel matériau peut avantageusement remplacer les structures nid d'abeilles réalisées en aluminium.

La matière plastique utilisée peut être chargée ou non et on pourra utiliser tous les adjuvants connus à ce jour pour lui conférer des pro- - 8 - g * priétés physiques ou mécaniques particulières.

Le produit de l'invention peut, une fois obtenu sous forme de poutres ou de plaques, être thermoformé de façon à adopter une forme extérieure conforme à celle requise par son utilisation. Ses deux faces opposées pourront être dotées d'une couche complémentaire, par exemple, en fibres de verre .

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Claims (16)

1. Procédé de fabrication de structures alvéolaires en matière thermoplastique caractérisé par le fait qu'il consiste à opérer, en continue ou non, par extrusion au travers d'un étage filière (c) séparant un étage (b) d'alimentation ou d'injection de matière plastique à l'état fluide disposé en amont de l'étage filière (c) d'un étage (d) de refroidissement disposé en aval de l'étage filière (c).

2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que l' étage (d) de refroidissement est alimenté à partir d'un étage inférieur (a) au moyen de conduits (3) traversant l'étage (b) d'alimentation ou d'injection de matière thermoplastique et l’étage filière (c).

3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que la traversée des étages (b) et (c) par les conduits (3) s'effectue â l'intérieur de cylindres (7) dont le corps (10) est chauffant et dont les têtes (8) déterminent l'étage filière (c).

4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait qu'une isolation est prévue entre les conduits (3) et les corps (10) des cylindres (7) et entre les conduits (3) et les têtes (8) des cylindres (7).

5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que la structure alvéolaire (15) produite subit une légère traction mécanique vers le haut à sa sortie de l'étage filière (c) et au sein du fluide de refroidissement.

6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que la structure alvéolaire (15) obtenue est découpée dans un étage supérieur (e) au sein du fluide de refroidissement, en plaques ou bandes.

7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que la périphérie des têtes (8) des cylindres (7) définissant l'étage filière (c) détermine, par sa géométrie, la forme de la section des alvéoles de la structure (15). « r ! i

8. Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé par le fait que l'isolation entre les conduits (3) de fluide de refroidissement et les corps (10) des cylindres (7) est réalisée par de l'air.

9. Dispositif suivant l'une des revendications 7 et 8 caractérisé par le fait que l'isolation entre les conduits (3) et les têtes (8) de l'étage filière (c) résulte du matériau constitutif de ces têtes (8) qui est choisi isolant.

10. Dispositif suivant l'une des revendications 7 à 9 caractérisé par ’ le fait que les têtes (8) des cylindres (7) sont en une matière plastique telle que le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou le polyfluoroalkoxy (PFA).

11. Dispositif suivant l'une des revendications 7 à 10 caractérisé par le fait que la traction exercée au sein de l'étage de refroidissement (d) résulte d'organes (16) constitués par des bandes sans fin (17) motrices, munies de protubérances prenant appui sur la périphérie de la structure (15) et dont la vitesse est réglée en fonction du débit de l'étage filière (c) et de la poussée d'archiméde.

12. Dispositif suivant l'une des revendications 7 à 11 caractérisé par le fait que la découpe de la structure alvéolaire (15) est réalisée au moyen d'un fil (21) muni de protubérances porté par un équipage (22) mobile à la volée.

13. Structure alvéolaire obtenue suivant la procédé des revendications 1 à 6 caractérisée par le fait qu'elle est en une matière thermoplastique telle que le polypropylëne par exemple.

14. Structure alvéolaire suivant la revendication 13 caractérisée par le fait que la section des alvéoles est circulaire, ovale, elliptique ou polygonale régulière ou non.

15. Structure alvéolaire suivant l'une des revendications 13 et 14 caractérisée par le fait qu'elle se présente sous la forme de poutres ou de pl - Π - « • que.

16. Procédé et dispositif de fabrication de structures alvéolaires en matière thermoplastique et structures obtenues substantiellement tels que décrits précédemment et illustrés aux dessins annexés. * - 12 -