CA1126456A

CA1126456A - Dispositif et procede de moulage de matieres plastiques expansees, par rayonnement ultra-haute frequence

Info

Publication number: CA1126456A
Application number: CA310,906A
Authority: CA
Inventors: Joel Soulier
Original assignee: Isobox Barbier SA
Current assignee: Isobox Barbier SA
Priority date: 1977-09-09
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1982-06-29
Also published as: GB2010165B; NL7809200A; ES472912A1; DE2837628C2; CH627686A5; SE7809220L; IT7827348A0; DE2837628A1; DE7825657U1; IT1098507B; FR2402526B1; GB2010165A; BE869960A; US4298324A; SE427095B; JPS55113536A; FR2402526A1

Abstract

PRECIS DE DIVULGATION

Procédé de moulage de matières plastiques expansées, et notam-ment de matériaux diélectriques, par rayonnement U.H.F.
Le moulage est réalisé dans un moule dont la partie en contact avec la matière plastique à mouler, ou empreinte, est en un matériau présentant des pertes diélectriques élevées, absor-bant le rayonnement U.H.F., de préférence constitué par une résine contenant une faible proportion de noir de carbone.
Application au moulage de mousses plastiques pour la cons-truction, l'emballage et le conditionnement, l'aéronautique, etc...

Description

5~

La presente invention ~st relative a un ~ouveau dispositif pour le moulage de matieres plastiques expansees, et notamment de materiaux dielectriques, par rayonnement ultra-haute fréquence (U.~l.F.). La présente invention est plus particulièrement relative aux perfectionnements apportés a la realisation du moule proprement dit.
Le developpement considérable de l'utilisation des mousses plastiques dans les domaines de la construction, de l!industrie du froid, de la fabrication des élements insubmersibles, de l'emballage et du con-ditionnement, de l'aeronautique, etc., a eu pour conséquence que des progrès tres importants ont eté realises dans la mise au point des appareils et des procédes pour l'obtention de matières plastiques expansées.
Un premieur pas important a été franchi par llutilisation d'un champ haute frequence pour fondre la résine (cf. en particulier le Brevets fran~cais 2,149,529, au nom de Willcox & Gibbs, Inc. dépose en France le 17 aout 1972, sous le No 72 29493, (publle sous le No 2,149,529) en invoquant deux priorités aux Etats-~nis Serial Nr 173,043 et Serial Nr 174,044 du 19 aout 1971, aux noms de Norman K. Kennedy et Aldo M. ~arini;
le Brevet franc~ais 1,217,351, au nom de Koppers Company, Inc. du 26 decernbre 1958, dépose en revendiquant une priorité U.S. du 27 décembre 1957 aux noms de MM. Edwin Arvid Edberg, et Richard H. Immel; le Brevet fran-~cais 70 20709 (publie sous le No 2,045,888) dépose le 5 juin 1970, au nom de Badische Anilin-~-Soda Fabrik ~G, en revendiquant une priorite R.F.A.
No P 19 28 634.1 du 6 juin 1969; le Brevet franScais No.73 07945 (publie sous le No 2,186,344) déposé le 6 mars 1973, au nom de Sinclair-Koppers Company9 en revendiquant une priorité U.S. Serial No. 258,089 du 30 mai 1973 au nom de Richard J. Immel; ou le Brevet americain 3,377,653 dépose au nom de Buonaiuto, déposé le 10 novembre 1964 et accordé le 16 avril 1968.
Clest surtout l'introduction de l'U.H.F., ou hyperfréquence, :: - . , ~ :

(S00 à 300 000 MHz) ne nécessitant aucun circuit capacitif et ne provo-quant aucun claquage, ledit champ hyperfréquence excitant une cavité
résonnante ou un guide d'ondes résonnant (cf Brevets fran~cais de la Demanderesse 2 298 571 et 2 368 513) qui a permis la fabrication de mousses plastiques d~une manière économiqueO
Ainsi, l'introduction simultanée de perles de matières plastiques, préalablement préexpansees, et d'eau dans un moule placé dans une cavité
résonnante, comme décrit dans les Demandes de Brevet francais au nom de la Demanderesse, citees plus haut, - 1 a -.: .. : , . :;, - : - , .. . . .
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~26~1L5~

a créé des conditions qui permettent la formation de vapeur "in situ" et la par~aite soudure des perles entre elles 9 avec une bonne répartition des calories.
Ce procédé de moulage présente cependan-t un inconvé-nient : les moules utilisés sont des moules classiques en maté-riaux transparents au rayonnement hyperfréquence ou absorbant très faiblement ce rayonnement, ce qui a pour conséquence une absence d'homogénéi-té du chauffage et un accroissement des dé
penses en énergie~ dû au ~ait qu'il est nécessaire de réchauffer les parois du moule lors de chaque cycle de moulageO
~ a présente invention s'est par conséquent donné pour but de pourvoir à des moules qui répondent mieux aux nécessités de la pratique que les moules antérieurement connus, notamment en ce que les moules conformes à la présente invention assurent un excellent gradient de température et en ce qu'ils permet-tent de réaliser une économie substantielle en énergie nécessaire pour fondre superficiellement la matière plastique contenue dans le moule~
La présente invention a pour objet un dispositif pour le moulage de ma-tières plastiques expansées, et notamment de ma-tériaux diélectriques, par rayonnement U~H.~ 9 lequel comprend~
en association avec une presse et une cavité résonnante, un mou-le carac-térisé en ce que la partie dudit moule~ ou empreinte, qui est en con-tac-t avec la matière plastique à mouler, est réalisé~:
en un matériau présentant des pertes diélectriques élevées~ ab-sorbant le rayonnement U~H.~, lequel matériau est de préférenc~
constitué par une résine contenant une faible proportion~ de pré~érence comprise entre 1 à 5 ~ environ9 de noir de carbone conducteur du rayonnement U~H.~.
~0 Suivant un mode de réalisation préféré du moule obJet de la presente invention, le corps dudit moule est réalise en un matériau non absorbant du rayonnement U.H.F., et de preEerence en une résine chargée de fibres de silice pure et/ou de verre à faible angle de perte.
Suivant un autre mode de réalisation de l'objet de ]'invention, une circulation de fluide caloporteur à faibles pertes dielectriques et haute chaleur massiquë, est associée au corps du moule.

Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, ladite circulation de fluide caloporteur est disposee dans le corps du moule.
Selon une autre disposition avantageuse de ce mode de réalisation, ladite circulation de fluide caloporteur est réalisée sous la forme d'un chemisage du corps du moule.
Suivant au autre mode de réalisation de l'objet de l'invention, le refroidissement du moule est réalise par circulation d'air force sur ses parois externes.
Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, la circulation d'air force est réaliseé à l'aide d'ailettes disposées sur les parois externes du moule.
Suivant encore un autre mode de réalisation de I'objet de l'in--vention, les parties mécaniques du moule (telles que les injecteurs, lesévents, etc.) peuvent etre usinées en polytétrafluorethylène ("TEFLON", une marque déposée pour désigner le polytetrafluoréthylène) et/ou en vitrocéramique.
Le moule selon l'invention est placé dans une cavité résonnante qui est de pr'eference montée sur une presse dont une moitie es-t fixe et l'autre mobile. Ces installation~s sont décrites dans les Demandes de Brevets précitées 2 298 571 et 2 368 513.

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L5~

Selon une modalité préférée de l'invention, la partie ~ixe de la presse est excitée par un guide d'ondes alimenté
par un générateur U.H.~, tandis que la partie mobile de la presse reçoit les moules~
Il va sans dire que la disposition inverse peut etre adoptée sans inconvénient~
Cette installation est en outre caractérisée en c~
qu'une distance minimum doit être respectée entre le moule et la paroi de la cavité resonnante, cette distance étant de pré-férence au minimum de 65 mm, et en ce qu'un brasseur de champélectromagnétique est disposé à la sor-tie du guide d'ondes dans la cavité résonnante, ce qui a pour effet d'éviter la formation d'ondes stationnaires~
La présente invention a également pour objet un pro-cédé de moulage d'objets en mat.ières plastiques dans des moules conformes à l'invention, lequel procédé est caractérisé en ce que des perles de matières plastiques contenant éventuellement un agen-t de gonflement et éventuellement préalablement préexpan-sées, introduites, éventuellement en meme temps qu'un liquide polaire, dans un moule conforme à l'invention, qui peu-t 8tre éventuellement un moule en deux par-ties, placé dans une presse appropriée, sont soumises à l'action d'un rayonnement U~oF~
pendant une durée de 5 à 1800 secondes, pour donner lieu à des objets moulés en matières plastiques expansées présentant des parois de -toutes épaisseurs voulues5 et notamment à des objets moulés à parois minces.
Outre les dispositions qui précèdent, l'invention com-prend encore dlautres dispositions, caractéristiques et avanta-ges, qui ressortiront de la descrip-tio~ qui va suivre.
~a présente invention vise plus particulièrement les , ~z~s~

moules pour la fabrication de matières plastiques expansées, et notamment de matériaux diélectriques, conformes aux dispositions qui précédent, ainsi que tous installations, procédes d'ensemb]e et chalnes de fabrication de corps moules en matières plastiques expansibles~ dans lesquels sont inclus les dispositifs conformes à la presente invention, et les objets moules obtenus à l'aide des moules et installations conformes à llinvention.
L'invention pourra e~tre mieux comprise à l'aide du complement de descriptioD qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est une vue de détail en coupe d'un moule conforme a la presente invention, La figure 2 est un schema d'ensemble d'une installation pour le moulage d'objets en matières plastiques expansées, incluant une pluralite~
de moules conformes à la présen~e invention, et La figure 3 est une vue schématique en coupe d1une installation pour la fabrication d'objets moulés, tels que gobelets, par e~ample, à
parois minces.
It doit etre bien entendu, toutefois, que le moule et l'installa-tion decrits et représentes aux dessins, sont donnés uniquement à titre d'illistrations de l'objet de l'invention et n'en constituent en aucune maniere une limitation.
La figure 1 est une vue partielle en coupe d1un moule 4 dont l'empreinte 1 est réalisée en un matériau qui constitue une paroi absor--bante du rayonnement U.H.F.; cette empreLnte est formée, de préférence, d'une couche de resine époxy contenant du noir de carbone conducteur du rayonnement U.H.F. (par exemple "VVLCAN XC 72 R" de Cabot, la marque "RHODORSIL" est le nom generique de plusieurs variétes commerciales de silicones douees d'inertie chimique et de stabilité dans un grand inter-valle de température; "VULCAN" est une marque qui est la propriete de la Sociéte Cabot, destinée a designer du noir de carbone.), qui est ajouté à

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à la resine dans une proportion de quelques pourcent du poids de resine, avantageuse-- 5a -c .:, . , ~

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ment comprise entre 1 et 5 % environ~
L'épaisseur de l'smpreinte est ajustée en fonction de la quantité de calories voulue 9 et donc de l'épaisseur de la pa-roi de la pi.èce moulée~ Il est généralement avantageux que l'é-paisseur du revetement qui constitue l'empreinte soit compris~
entre 0,5 et 2 mm~ bien qu'elle puisse varier en fonction des besoins~
~ e corps 3 du moule est avantageusement réalisé en une résine époxy chargée de fibres de silice pure et/ou de verre à
faible angle de perte ~tg ~ 10 4 pour la fréquence P. = 2,45 GE-z). ~'épaisseur du corps du moule1 en résine renfor-cée de fibres de silice et/ou de verre, non absorban-te du rayon-nement U~H.F~ est avanta~eusemerlt comprise entre 3 et 5 mm~.
compte-tenu des pressions de moulage.
Une circulation 2 de fluide caloporteur constitué, par exemple, par de l'huile de silicone de type 47 V 10 RHODORSIL
de Rhone.-Poulenc, est pré w e à l'intérieur du cor.ps 3 du moule,.
étant entendu que ladite circulation de fluide caloporteur peut également être réalisée sous forme de chemisage extérieur du moule~
Le refroidissemen-t ex~terne du moule est avantageuse-ment réalisé à l'aide d'air forcé, par exemple en montant des ailettes (non représentées) sur les parois externes du moule.
~ a figure 2 représente un schéma d'une installation pour le moulage de matières plastiques expansées, et notamment pour le moulage de matériaux diélectriques, dans laquelle sont ..
inclus une pluralité de moules 4 conformes à la présent~ inven-tion. ~'installation représentée à la figure 2 comprend une presse comportant une partie mobile 6 (mue par exemple par un vérin pneumatique) et une partie fixe 7.

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9LS~

Une cavité résonnante 11 est montée sur ladit~ press~, entre les parties 6 et 7~ ~a partie fixe 7 de la presse est ex-citée par un guide d'ondes U.H,.F~ 9, alimenté par un générateur U.H.F.. (non représenté)~ tandis que la partie mobile 6 reçoit une partie du moule~
Dans ce-tte cavité résonnante 11 sont placés des moules 4 conformes à l'invention, qui sont montés sur un support de moules 12:qui a en outre:pour rol~p d'assurer le calage d'épais-seur~ Un brasseur de champ U~H.~ 10 est monté à la sortie du guide d'ondes U.H~,F. 9, dans la cavité résonnante 11, pour évi-ter la formation d'ondes stationnaires, en association avec un dé~lecteur 8~ ' ~ a matière plastique en perles, éventuellement pré-expansées, et con-tenan-t éventuellemen-t un agent de gonflemen-t~
est introduite par llin.jecteur de matière 5 dans les moules 4 conformes à l'invention. ~.'injecteur de matière,5 est de préfé-rence réalisé en matériau à faibles pertes diélectriques~
Il y a lieu de remarquer que toute matière plastiquQ
expansible peut etre moulee,dans l'installation conforme à la présente:invention on peut indiquer à titre d'exemples non li-mitatifs comme matières plastiques expansibles moulables dans ladite installation, le polystyrène, le polyéthylène~.le polyu-réthane expansibles~.
Une distance minimum doit etre respectée entre les ., moules et la paroi de la cavité résonnante;; il s'est avéré que~
cette distance minimum peut avantageusement etre de 65 mm.
~ e circuit du fluide caloporteur 1~ est également réa-lisé de pré~érence en ma-tériau à faibles per-tes diélectriq1les,. de m8me que le circuit d'air comprimé 14 utilisé pour llé,jection des objets moulé~

: . .. :.: ;, .: ., -:.:, , , L'installation représentée à la figure 3 cons-titue un exemple non limitatif d'application du moule conforme à l'inven-tion à la fabrication dlobjets à parois minces~ tels que des gobelets 18~ ~es perles de matières plastiques sont introduites par l'injecteur de matière 15 entre les empreintes 1 d'un moule conforme à l'invention9 en deux parties, male et femelle, 16 et " 179 lequel est placé, comme le moule représenté à la figure 2 dans une presse sur laquelle est montée une cavité resonnante alimentée en rayonnement U.H.F~
Dans l'exemple représenté, les empreintes en ~atériau absorbant ont une épaisseur de 0,~ mm. L'alimentation éventuelle en liquide polaire (par exemple l'eau) s'effectue par des inàec-teurs mobiles (non représentés), étant noté que le moulage des ; matières plastiques conformément à la présente invention peut etre réalisé sans introduire de liquide polaire, dans le cas du moulage d'objets à parois minces. ~e refroidissement du moule ; s'effectue par convection d'air forcé, qui peut avantageusement être introdui-t également par des injecteurs mobiles ~non repré-sentés)~
A titre d'exemple non limi-tatif, une installation com-prenant 8 moules montés en carrousel et comportant chacun 6 em-preintes, permet d'obtenir en un cycle d'une durée de 45 secon~
des, 3840 gobelets/heure pesant chacun environ 2 g, pour 7,6 kg de matière transformée, la puissance micro-ondes totale,presse ; plus pré-expanseur,étant de 2~5 kw.
Llinstallation représen-tée aux dessins et décrite~dan~
ce qui precèdeg dans laquelle sont introduites les perles de ma-tière plastique, avantageusement préalablement expansées~ et contenant eventuellement un agent de gonflement, dans les mou-les 4 ou 16-17 transparents au rayonnement U.H.~, éventuellement . ~ , . . , . ~

.5~i simultanément avec un liquide polaire~ tel que de l'eau par exem-ple~ pour obtenir la formation de vapeur "in situl'; nécessaire à
la soudure des perles, assure une bonne répartition des calories grace au fait que la partie du moule en contact avec les perles de matière plastique, qui est réalisée~ comme défini plus haut~
en un matériau présentant des pertes diélectriques relativement élevées~ absorbe une partie de l'énergie UvH~. et la resti-tue sous forme de chaleur, par conductionS à la matiere plas-tique à
mouler, contenue dans l'empreinte ou les empreintes.
De ce fait, le moule con~orme à l'invention, à emprein-te absorbant le rayonnement U~Ho~_~ évite la formation de conden-sats de vapeur sur les parois, ce qui, associé au fai-t que ces dernières sont très minces et absorbent le rayonnement IJ ~ H~
raccourcit le c~cle de refroidissement, d'où une économie con-siderable en temps et en énergie~ .
D'autres avantages des moules conformes à la présente invention résident dans le fait qu'ils son-t d'un prix de revient industriel très faible (ils peuvent être réalisés par simple coulée) et une installation du type carrousel pourra produire 2V deux fois plus à prix de revient égal (équipement + moule) par rapport aux procédés classiques de l'Art antérieur (chaudière à vapeur ~ moule usiné)~
Un autre a~antage, et non des moindres, du dispositif con~orme à llinvention, réside dans la réduction considérable de la durée de changement du moule, du fai-t de la grande sim-plicité de mise en oeuvre~
. Le dispositif conforme à la présente invention permet en outre le moulage d'obje-ts à parois minces d'excellente qua-litéq par le procédé dit "à parois sèches'l~, en l'absence de liquide polaire~

Ainsi que cela ressort de ce qui précede, l'i~vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'e-tre décrits de ~a-çon plus explicite dans ce qui précède; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière~ sans s'écart0r du cadre, ni de la portée~de la présente invention..

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Claims

Les perfectionnements de ''invention pour laquelle une priorité
ou un privilège est revendiqué sont désignés comme suit:

1. Dispositif pour le moulage de matières plastiques expansées, et notamment de matériaux diélectriques, par rayonnement ultra-haute fréquence (U.H.F.), lequel comprend, enassociation avec une presse et une cavité résonnante, un moule caractérisé en ce que: a) la partie dudit moule, ou empreinte, qui est en contact avec la matière plastique à mouler, est réalisée en un matériau présentant des pertes diélectriques élevées, absorbant le rayonnement U.H.F., lequel matériau est de préférence cons-titué par une résine contenant une faible proportion, de noir de carbone conducteur de rayonnement U.H.F., et b) le corps dudit moule est réalisé
en un matériau non absorbant du rayonnement U.H.F.

2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la proportion de noir de carbone est comprise entre 1 à 5 %.

3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau non absorbant comprend une résine chargée de fibres de silice pure, ou une résine chargée de fibres de verre ou une résine chargée de fibres de silice pure et de verre, à faible angle de perte.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce qu' une circulation de fluide caloporteur à faibles pertes diélectriques et haute chaleur massique, est associée au corps du moule.

5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite circulation de fluide caloporteur est disposée dans le corps du moule.

6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite circulation de fluide caloporteur est réalisée sous la forme d'un chemisage du corps du moule.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2 ou 3, caractérisé en ce que le refroidissement du moule est réalisé par circulation d'air forcé sur ses parois externes.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5 ou 6 caractérisé en ce que le refroidissement du moule est réalisé par circulation d'air forcé sur ses parois externes.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérise en ce que la circulation d'air forcé est réalisée à l'aide d'ailettes disposées sur les parois externes du moule.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5 ou 6 caractérisé in ce que la circulation d'air forcé est réalisée à l'aide d'ailettes disposées sur les parois externes du moule.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les parties mécaniques du moule, telles que les injecteurs, les évents, notamment peuvent être usinées en polytétrafluor-éthylène ou en vitrocéramiques, ou en polytétrafluoréthylène et en vitro-céramiques.

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérise en ce qu'au moins un moule est placé dans la cavité
résonnante susdite, laquelle est monteé sur une presse comportant une partie fixe et une partie mobile, l'une de ces parties étant exciteé par un guide d'ondes U.H.F., et l'autre partie recevant le ou les moules, la disposition des moules par rapport à la paroi de la cavité résonnante étant telle que ceux-ci se trouvent à une distance minimale prédéterminée de la paroi de ladite cavité résonnante.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'au moins un moule est placé dans la cavité
résonnante susdite, laquelle est montée sur une presse comportant une partie fixe et une partie mobile, l'une de ces parties étant excitée par un guide d'ondes U.H.F., et l'autre partie recevant le ou les moules, la disposition des moules par rapport à la paroi de la cavité résonnante étant telle que ceux-ci se trouvent à une distance minimale prédéterminée de la paroi de ladite cavité résonnante et caractérisé en ce qu'un brasseur de champ électromagnétique est disposé à la sortie du guide d'ondes, dans la cavité résonnante, pour éviter la formation d'ondes stationaires.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'au moins un moule est placé dans la cavité
résonnante susdite, laquelle est montée sur une presse comportant une partie fixe et une partie mobile, l'une de ces parties étant excitée par un guide d'ondes U.H.F., et l'autre partie recevant le ou les moules, la disposition des moules par rapport à la paroi de la cavité résonnante étant telle que ceux-ci se trouvent à une distance minimale prédéterminée de la paroi de ladite cavité résonnante et caractérisé en ce qu'un brasseur de champ électromagnétique est disposé à la sortie du guide d'ondes, dans la cavité résonnante, pour éviter la formation d'ondes stationaires et caractérise en ce que le brasseur de champ électromagnétique coopère avec des moyens de guidage du rayonnement U.H.F., tels que déflecteur, dans la cavité résonnante.

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les circuits d'alimentation en matière plastique, de fluids caloporteur et d'air comprimé, sont réalisés en matériau à
faibles pertes diélectriques.

16. Procédé de moulage de matières plastiques expansées, et notamment de matériaux diélectriques, par rayonnement U.H.F., caractérisé
en ce que les opérations de moulage sont réalisées dans un moule dont la partie en contact avec la matière plastique à mouler, ou empreinte, est réalisée en un matériau présentant des pertes diélectriques élevées, absorbant le rayonnement U.H.F., lequel matériau est de préférence con-stitué par une couche d'une résine contenant une faible proportion, de noir de carbone conducteur de rayonnement U.H.F., la constitution dudit moule étant telle qu'il absorbe une partie de l'énergie U.H.F. et la restitue sous forme de chaleur, par conduction, à la matiére plastique à
mouler contenue dans l'empreinte.

17. Procédé de moulage selon la revendication 16 caractérisé en ce que la faible proportion de noir de carbone est comprise entre 1 à 5 %.

18. Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que des perles de matières plastiques contenant éventuellement un agent de gonflement et éventuellement préalablement préexpansées, introduites éventuellement en même temps qu'un liquide polaire, dans un moule selon la revendication 1, avantageusement réalisé
en deux parties, placé dans une presse appropriée, sont soumises à l'action d'un rayonnement U.H.F. pendant une durée de 5 à 1800 secondes, pour donner lieu à des objets moulés en matière plastique expansées, présentant des parois de toutes épaisseurs voulues, et notamment à des objets moulés à parois minces.

19. Procédé selon la revendication 16 ou la reventication 17, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un dispositif selon la revendication 1.