Procédé et appareil pour la fabrication de pièces en matière plastique
La présente invention se réfère à la fabrication de pièces en matière plastique.
On sait que, pour obtenir des pièces parfaites à partir de matières plastiques, il est nécessaire que la matière utilisée ne renferme pas de bulles gazeuses. Aussi s'arrange-t-on pour éviter d'emprisonner de l'air lors des opérations de moulage ou d'extrusion. Toutefois l'expérience montre que ces précautions ne sont pas suffisantes et que bien des pièces renferment encore une certaine quantité de gaz soit sous forme de bulles microscopiques pratiquement invisibles, soit à l'état absorbé ou dissous.
Ce gaz résiduel peut agir sur la matière, par exemple pour l'oxyder, ou bien il peut se dégager inopinément sous l'effet de la chaleur ou de radiations en déterminant des fissures ou des pores qui, bien qu'imperceptibles, constituent néanmoins des amorces de ruptures.
L'invention se propose de remédier à ces inconvénients par un dégazage préalable extrmement poussé de la matière utilisée.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'avant de procéder à la conformation de la matière, on l'expose à l'état visqueux à l'action du vide sous une forme présentant un quotient surface-volume aussi grand que possible, et en ce qu'on conforme ensuite cette matière à la forme désirée sans la remettre en contact avec une atmosphère gazeuse quelconque.
Une machine que comprend l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant un cylindre d'injection équipé d'une tuyère de sortie et d'un piston intérieur mobile, est caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de dégazage reliée à une pompe à vide, et un dispositif qui refoule la matière sortant de cette chambre dans un distributeur réversible, lequel la dirige vers l'une des extrémités du cylindre de manière à repousser vers l'autre extrémité le piston intérieur de celui-ci, prévu libre, ce piston refoulant à son tour la matière située entre lui-mme et cette autre extrémité du cylindre, vers le distributeur qui la renvoie à l'entrée de la chambre de dégazage, tandis que des moyens repoussent le piston vers l'extrémité du cylindre qui porte la tuyère, après que le distributeur ait été amené à sa position de fermeture,
en vue d'injecter dans un dispositif conformateur la matière dégazée contenue dans ce cylindre.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine que comprend l'invention.
La fig. 1 en est une vue schématique.
La fig. 2 est une coupe schématisée d'un joint tournant utilisé dans cette machine.
La fig. 3 montre de mme un joint coulissant.
La fig. 4 est une coupe schématique de la buse d'injection de la machine.
La machine représentée en fig. 1 comprend une trémie supérieure 1 destinée à recevoir la matière plastique froide sous forme de grains, à la façon habituelle. Cette trémie est fermée par un couvercle étanche 2 serré par des boulons basculants et sa partie supérieure comporte une tubulure qu'une canalisation appropriée 4 relie à une pompe à vide 5 qui permet d'y établir un vide moyen, par exemple de l'ordre de 1 mm de mercure. Le bas de la trémie 1 se raccorde à une vis d'alimentation 6 entraînée par un moteur électrique 7 à travers un joint tournant approprié 8 dont on exposera plus loin une forme d'exécution préférée. La sortie de la vis d'alimentation 6 est à son tour reliée par une courte tuyauterie verticale 9 avec l'entrée d'une vis de préplastification 10 entraînée par un moteur électrique 11 à travers un autre joint tournant 12.
Le carter de la vis 10 est entouré d'une chemise chauffante 13 convenablement réglée, la température étant préférablement contrôlée à l'aide de thermomètres appropriés assurant une régulation automatique.
La sortie de la vis de préplastification 10 est reliée par un tube vertical 14 avec une chambre de chauffage 15 renfermant une série de torpilles chauffantes 16 qui achèvent de réaliser la plastification régulière de la matière. Le bas de la chambre 15 est fermé par une plaque filière 17 percée d'orifices multiples comportant préféra blement une section en forme de rectangle allongée propre à déterminer la formation de rubans minces descendant verticalement par gravité parallèlement les uns aux autres.
Sous la plaque filière est disposée une chambre de dégazage 18 qui se raccorde de façon étanche à la chambre de plastification 15. Cette chambre 18 est reliée par une tuyauterie 19, de fort diamètre, à une pompe à vide profond 20 permettant de réaliser, par exemple, 10-4 mm de mercure. Le tube 14 et les deux chambres 15 et 18 sont préférablement calorifugés ou mme entourés d'éléments chauffants qui les maintiennent à la température désirée. La chambre 18 renferme en outre un entonnoir collecteur 21 propre à recevoir les filets ou rubans descendant de la filière 17. Cet entonnoir aboutit à une courte canalisation 22 qui débouche dans une vis de propulsion 23 entraînée par un moteur 24 par l'intermédiaire d'un joint tournant 25. La vis 24, qui est également calorifugée et chauffée, refoule la matière par une canalisation 26 dans un distributeur inverseur 27.
Dans l'ensemble représenté ce distributeur comprend un cylindre 28 dans lequel se déplace un piston-tiroir 29-30, monté sur une tige 31 qui traverse un joint coulissant 31 a. Il comporte, outre l'arrivée centrale correspondant à la canalisation 26, d'une part deux lumières extrmes pour des canalisations 32 et 33 reliées à une mme canalisation de retour 34 qui aboutit au sommet de la chambre de préplastification 15, d'autre part deux lumières intermédiaires qui sont reliées à des canalisations 35 et 36 aboutissant à l'une et à l'autre extrémité d'un cylindre d'injection 37. Ce dernier renferme un piston libre 38 qui le divise en deux chambres 39, 40.
L'une des extrémités du cylindre 37 porte une buse d'injection 41 dont on exposera le détail plus loin, tandis que son autre extrémité est traversée par un poussoir 42 commandé par un vérin hydraulique 43, l'étanchéité à la traversée du poussoir 42 étant réalisée par un joint 44.
Contre la buse 41 peut tre appliqué un moule 45 dont les deux moitiés sont commandées par une presse hydraulique appropriée.
Le fonctionnement est le suivant:
La trémie 1 étant remplie de matière en grains, on la ferme de façon étanche par le couvercle 2 et l'oit met tout l'ensemble de l'appareil sous vide par les pompes 5 et 20. On met en marche les trois moteurs 7, 11 et 24.
La matière en grains est alors repoussée par la vis d'alimentation 6 dans la vis de préplastification 10 qui la refoule sous forme visqueuse dans la chambre de plastification 15 où elle s'homogénise sous la forme d'une masse présentant exactement le degré de viscosité désiré.
Cette masse est refoulée à travers la filière 17 qui l'extrude en fils ou rubans de très faible section. Ces derniers descendent dans l'entonnoir 21 qui les amène à la vis de propulsion 23. Si l'on suppose que le tiroir 29-30 du distributeur 27 est à la position représentée, la matière qui sort de la vis 23 par la canalisation 26 est envoyée par la canalisation 35 dans la chambre 39 du cylindre 37. Elle repousse donc le piston 38 vers la droite et, s'il se trouve de la matière plastifiée dans la chambre 40, celle-ci est refoulée par la canalisation 36, le distributeur 27, les canalisations 33 et 34 dans le haut de la chambre 15 où elle se mélange à la matière venant de la vis 10.
Quand le piston 38 est arrivé à fin de course on arrte alors les moteurs 7 et 1 1 en laissant en marche le moteur 24 et l'on inverse le tiroir 29-30.
Il est facile de constater que la matière refoulée par la vis de propulsion 23 est alors envoyée par la canalisation 36 dans la chambre 40 pour repousser le piston 38 vers la gauche, tandis que la matière qui remplissait la chambre 39 est refoulée par les canalisations 35, 32 et 34 vers la chambre 15 pour traverser la filière 17 et retomber dans l'entonnoir 21.
Quand le piston 38 est en fin de course à gauche, on inverse à nouveau le tiroir 29-30 sans arrter le moteur 24. La matière refoulée par la vis 23 arrive alors dans la chambre 39, tandis que celle qui remplissait la chambre 40 est renvoyée à la chambre de plastification 15.
On procède ainsi plusieurs fois de suite de manière que chaque particule de matière circule plusieurs fois de suite à l'intérieur de la chambre 15.
Pendant toutes ces opérations les chambres 15 et 18 sont isolées de façon étanche de la trémie 1 par la masse de matière préplastifiée qui remplit la vis 10. Il en résulte que la pompe à vide 21 peut établir dans la chambre 18 un vide profond de l'ordre de 10-4 mm de mercure, bien qu'il règne ! dans la trémie 1 un vide beaucoup plus gros- sier, de l'ordre de 10-mm Hg ou plus.
Les fils ou rubans de matière qui descendent de la filière 17 dans l'entonnoir 21 sont ainsi efficacement débarrassés des gaz occlus ou autrement retenus. Par uite des passages successifs, les chances pour qu'une particule de matière se trouve au voisinage immédiat de la surface d'un fil ou ruban sont multipliées dans une mesure considérable, de sorte que le dégazage est substantiellement total. On notera d'autre part qu'en raison de l'inversion de la circulation de la matière, il n'existe pas dans l'appareil des poches ou espaces dans lesquels une fraction de cette matière pourrait stagner et échapper ainsi à la circulation au risque de ne pas tre dégazée, d'tre exagérément chauffée, etc.
On arrte la succession des opérations de circulation de la matière entre les chambres 39 et 40 du cylindre d'injection 37, à une phase pour laquelle la chambre 39 est au volume maximal, la chambre 40 étant au contraire au volume minimal. On manoeuvre alors le tiroir 29-30 de manière qu'il obture la canalisation 35. Puis on peut actionner le vérin 43 pour injecter dans le moule 45 la matière parfaitement dégazée qui remplit la chambre 39.
En raison de la rapidité de l'injection, la matière injectée dans le moule n'a pas le temps d'absorber une quantité d'air appréciable. Il est d'ailleurs possible, si désiré, de fermer le moule 45 de façon étanche et de le mettre sous vide pour éviter tout contact entre l'air et la matière plastique non encore refroidie.
Pour que la machine sus-décrite puisse procurer les résultats escomptés, il faut que les divers joints assurent une étanchéité parfaite vis-à-vis de tous les fluides gazeux ou liquides, et plus particulièrement de l'air extérieur et de l'huile. A cet effet les divers joints tournants 8, 12, 25, 31a peuvent avantageusement tre établis à la façon représentée en fig. 2. Dans cette figure on a indiqué en 46 I'arbre tournant considéré tandis que 48 désigne la paroi que cet arbre traverse et au droit de laquelle il convient d'établir l'étanchéité. Le dispositif de joint comporte un corps 49 qui entoure avec jeu l'arbre 46.
Dans ce corps sont disposés trois joints élémentaires successifs 50, 51 et 52 qui déterminent deux chambres intermédiaires 53 et 54. La chambre 53 est maintenue pleine d'huile par le moyen d'un canal 55; quant à la chambre 54, elle comporte une tubulure de vidange 56 pourvue d'un robinet 57 assurant une fermeture parfaitement étanche.
Avec cette disposition, les défauts d'étanchéité éventuels du joint 52 ont pour seul résultat de mettre sous vide la chambre 54. Le joint 51 peut tout au plus laisser filtrer dans cette chambre quelques gouttes d'huile qui s'y accumulent et qu'on peut vidanger de temps à autre en ouvrant le robinet 57 pendant les périodes d'arrt de la machine. Le joint 50, maintenu sous la pression hydrostatique de l'huile qui remplit la chambre 53. ne peut donner lieu à une rentrée d'air quelconque.
En ce qui concerne le joint coulissant 44, on peut adopter une construction de mme genre (fig. 3), avec toutefois deux différences. Tout d'abord la chambre intermédiaire vide 54 doit tre assez longue pour renfermer l'accouplement 58 qui relie le poussoir 42 à la tige 59 du vérin 43. D'autre part. lue joint élémentaire 51 peut tre constitué par le joint de sortie de ladite tige 59 du vérin, l'intérieur de celui-ci tenant lieu de la chambre à huile 53 (fig. 2).
Dans les deux formes d'exécution il y a avantage à relier la chambre 54 à une pompe à vide par une canalisation supérieure telle que 60. En effet si le joint 52 fuit très légèrement, l'air renfermé par ladite chambre peut s'échapper par lui pendant un temps très long en empchant la pompe 20 d'établir dans le système le vide profond désiré. En faisant régner dans cette chambre un vide, mme moindre que celui fourni par ladite pompe, on supprime cet inconvénient, ou bien on le réduit à une importance négligeable.
Il convient encore de signaler que la buse 41 disposée à la sortie du cylindre d'injection 37 doit tre du type à ouverture automatique bien connu dans la technique, mais avec des dispositions propres à empcher toute rentrée d'air, au contraire des buses connues du genre en question. On a représenté à titre d'indication une telle buse en fig. 4. Comme le montre cette figure, cette buse comprend une tte 61 vissée sur un corps 62. Ce corps renferme un noyau axial mobile 63 qui forme clalpet pour l'orifice de sortie 61a de la tte 61. Ce noyau 63 est mobile à la façon d'un piston dans un alésage 62a du corps 62, cet alésage e étant borgne et ne débouchant que sur l'avant.
Le corps 62 est découpé d'une entaille latérale 62b dans laquelle pénètre un ergot 64a solidaire d'une rondelle 64 soumise à l'action d'un ressort 65 qui maintient normalement le noyau 63 à la position de fermeture. Lors de l'injection, la pression de la matière plastifiée arrivant par un canal 62e du corps 62 repousse le noyau 63 à l'encontre de l'action du ressort 65 en ouvrant ainsi la buse. Pour assurer l'étanchéité à l'air extérieur la tte 61 se prolonge vers l'arrière par un manchon 61b qui vient s'appliquer contre un épaulement 62d du corps 62 avec interposition d'un joint 66. Une telle disposition évite tout contact entre l'air extérieur et la matière plastifiée qui remplit l'intérieur de la buse.
On comprend que l'invention permet ainsi de réaliser des pièces de matière plastique entièrement libres de toute occlusion gazeuse sous quelque forme que ce soit.
De telles pièces sont parfaitement étanches; elles ne vieillissent pas par phénomène d'oxydation interne et leurs qualités physiques sont parfaites.
Au lieu d'tre injectée dans un moule 45, la matière refoulée à travers la buse 41 peut tre envoyée à une extrudeuse en vue de réaliser des pièces profilées et notamment des pellicules. En pareil cas l'extrudeuse est préférablement fermée de façon étanche et placée sous vide. La pellicule ou autre pièce profilée peut également tre reçue dans une enceinte placée sous vide pour éviter qu'elle ne soit en contact avec l'air avant refroidissement complet. On peut d'ailleurs profiter du vide qui règne dans cette enceinte pour déposer électriquement sur la pellicule ou autre des substances appropriées, par exemple des sels d'argent et des acides aminés gélatineux dans le cas de pellicules photographiques.
Pour éviter de faire travailler l'extrudeuse de façon intermittente on peut l'alimenter par plusieurs machines suivant fig. 1 refoulant la matière les unes après les autres, ou bien prévoir entre l'extrudeuse et une machine unique un accumulateur de matière plastifiée, par exemple un cylindre avec un piston étanche repoussé par un fluide sous pression.
D'autre part, bien que l'invention ait été décrite dans son application aux matières thermoplastiques qu'on doit traiter à chaud, on peut l'utiliser avec avantage dans le cas d'autres matières mises en oeuvre à froid, par exemple de polyesters constitués par plusieurs produits chimiques qu'on mélange au moment de l'emploi. La matière peut alors tre dégazée sous vide avant ou après mélange et il est préférable de réaliser son moulage sous vide également pour éviter la réabsorption de gaz atmosphériques. Il en est ainsi notamment pour le cas des pièces armées de fibres de verre.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour la fabrication de pièces en matière plastique, caractérisé en ce qu'avant de procéder à la conformation de la matière, on expose celle-ci à l'état visqueux à l'action du vide sous une forme présentant un quotient surface/volume aussi grand que possible. et en ce qu'on conforme ensuite cette matière à la forme désirée sans la remettre en contact avec une atmosphère gazeuse quelconque.