FR2672005A1 - PROCESS AND DISPASITIVE OF INJECTION AND COMPRESSION OF THERMOSETTING RESIN IN LIQUID PHASE. - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé et dispositif d'injection et de compression de résine thermodurcissable en phase liquide.Method and device for injecting and compressing thermosetting resin in the liquid phase.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'articles moulés, notamment de pièces de carrosserie pour véhicules, comportant une résine thermodurcissable renforcée par une charge fibreuse ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.The present invention relates to a process for manufacturing molded articles, in particular bodywork parts for vehicles, comprising a thermosetting resin reinforced by a fibrous filler as well as a device for carrying out the process.
Les pièces moulées en matière synthétique telles que les becquets ou les ailerons arrière d'automobiles doivent avoir de très bonnes qualités de surface. Or, pour avoir des caractéristiques mécaniques suffisantes (autoportance, rigidité, etc...), elles comprennent des charges, par exemple minérales, et/ou des éléments de renfort tels qu'un mat de verre dont la structure apparaît plus ou moins sur leur surface extérieure, ce qui nécessite avant la mise en peinture une finition importante. Ces inconvénients se retrouvent notamment dans les procédés de fabrication qui consistent à placer dans un moule en plusieurs parties les constituants de la pièce puis à maintenir la pièce comprimée au cours du durcissement de la résine à l'aide d'une presse dans laquelle est placé le moule.D'autres procédés, tels que les procédés par injection qui consistent à placer la charge dans un moule, à fermer celui-ci, puis à injecter la résine sous pression élevée dans le moule, n'apportent pas également satisfaction. En effet, l7injec- tion sous haute pression entraîne généralement le déplacement de la charge. D'autres procédés tels que celui décrit dans
FR-A-2276917 réalisent l'introduction du liant en plusieurs fois avant fermeture du moule et après fermeture du moule et nécessitent le chauffage du moule rendant difficile la mise en oeuvre du procédé. De plus, ces procédés obligent généralement l'utilisateur à pratiquer un dégraissage de la tête d'injection et des parois du moule.Synthetic molded parts such as spoilers or rear wings of automobiles must have very good surface qualities. However, to have sufficient mechanical characteristics (self-supporting, rigidity, etc.), they include fillers, for example mineral, and / or reinforcing elements such as a glass mat whose structure appears more or less on their exterior surface, which requires an important finish before painting. These drawbacks are found in particular in the manufacturing processes which consist in placing the components of the part in a mold in several parts and then in keeping the part compressed during the curing of the resin using a press in which is placed. Other processes, such as injection processes, which involve placing the filler in a mold, closing it, and then injecting the resin under high pressure into the mold, are also not satisfactory. In fact, injection under high pressure generally causes the charge to move. Other methods such as that described in
FR-A-2276917 carry out the introduction of the binder several times before closing the mold and after closing the mold and require the heating of the mold making it difficult to carry out the process. In addition, these methods generally oblige the user to practice degreasing the injection head and the walls of the mold.
La présente invention a donc pour but de répondre à ces inconvénients en proposant un procédé ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui permettent la fabrication de pièces dont les caractéristiques mécaniques, en particulier de rigidité et/ou d'aspect sont excellentes, dont l'état de surface est exempt de bulles d'air avec une structure de renfort invisible et où les plans de joint ne sont pas retravaillés.The present invention therefore aims to address these drawbacks by providing a method and a device for implementing the method which allow the manufacture of parts whose mechanical characteristics, in particular of rigidity and / or appearance are excellent, the surface condition of which is free of air bubbles with an invisible reinforcement structure and where the joint surfaces are not reworked.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé qui, de par sa grande fiabilité et sa reproductibilité, permet également de diminuer le nombre de pièces défectueuses et les rebuts.Another object of the invention is to provide a process which, by virtue of its high reliability and reproducibility, also makes it possible to reduce the number of defective parts and the rejects.
L'invention concerne à cet effet un procédé de fabrication d'articles moulés, notamment de pièces de carrosserie pour véhicules, comportant une matière synthétique polymérisable renforcée par une charge fibreuse, selon lequel on place dans une cavité de moulage d'un moule en plusieurs éléments un noyau polyuréthane revêtu de la charge, de préférence préformée, caractérisé en ce qu'on stoppe le rapprochement des pièces du moule dans une position ouverte prédéterminée proche de sa position de fermeture, en ce quton injecte dans la cavité ainsi partiellement ouverte mais maintenue étanche, une quantité de matière synthétique liquide polymérisable prédéterminée correspondant sensiblement au volume de ladite cavité diminuée du volume de l'insert, et en ce qu'on ferme le moule au moyen d'une presse de manière à assurer la mise en pression de la matière synthétique dans le moule et sa polymérisation.To this end, the invention relates to a method for manufacturing molded articles, in particular bodywork parts for vehicles, comprising a polymerizable synthetic material reinforced by a fibrous filler, according to which a mold is placed in a mold cavity in several elements a polyurethane core coated with the filler, preferably preformed, characterized in that the approximation of the parts of the mold is stopped in a predetermined open position close to its closed position, in that quton injects into the cavity thus partially open but maintained airtight, a predetermined quantity of liquid polymerizable synthetic material corresponding substantially to the volume of said cavity reduced by the volume of the insert, and in that the mold is closed by means of a press so as to ensure the pressurization of the synthetic material in the mold and its polymerization.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeu vre du procédé, comportant un moule en plusieurs pièces prévu pour recevoir un noyau de polyuréthane revêtu d'une charge fibreuse, une presse destinée à rapprocher les pièces du moule, et une tête d'injection, caractérisé en ce qu'il comprend un moule muni d'une chicane périphérique d'étanchéité, des moyens pour arrêter le rapprochement des pièces du moule dans une position ouverte prédéterminée voisine de sa position de fermeture et des moyens d'injection dans la cavité ainsi partiellement ouverte d'une quantité de matière synthétique liquide polymérisable prédéterminée, correspondant sensiblement au volume de ladite cavité diminuée du volume de l'insert.The invention also relates to a device for carrying out the process, comprising a multi-part mold intended to receive a polyurethane core coated with a fibrous filler, a press intended to bring the parts of the mold together, and a head for injection, characterized in that it comprises a mold provided with a peripheral sealing baffle, means for stopping the bringing together of the parts of the mold in a predetermined open position close to its closed position and means for injecting into the cavity thus partially open with a predetermined quantity of liquid polymerizable synthetic material, corresponding substantially to the volume of said cavity minus the volume of the insert.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit et des dessins joints. Dans ces dessins:
la figure I représente une vue de face simplifiée d'une
partie du dispositif conforme à 11 invention, le moule
étant en position ouverte; la figure 2 représente une vue
identique à la figure 1, le moule étant en position fer
mée; la figure 3 représente une vue simplifiée du cir
cuit d'injection et de nettoyage.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the detailed description which follows and the accompanying drawings. In these drawings:
Figure I shows a simplified front view of a
part of the device according to the invention, the mold
being in the open position; Figure 2 shows a view
identical to FIG. 1, the mold being in the iron position
mée; Figure 3 shows a simplified view of the cir
injection and cleaning cooked.
Le dispositif conforme aux figures 1 et 2 est par exemple destiné à la fabrication de pièces en résine thermodurcissable renforcée par une nappe de fibres minérales. Ce dispositif comprend une presse équipée de deux plateaux disposés en vis-à-vis et déplaçables au moyen d'un dispositif pneumatique tel qu'un vérin. Les deux plateaux de la presse portent par exemple respectivement la partie mâle et la partie femelle du moule, lesdites parties du moule étant disposées de telle sorte qu'elles délimitent en position de fermeture une cavité de moulage 1 parfaitement étanche.The device according to Figures 1 and 2 is for example intended for the manufacture of parts in thermosetting resin reinforced by a sheet of mineral fibers. This device comprises a press equipped with two plates arranged opposite and displaceable by means of a pneumatic device such as a jack. The two plates of the press for example respectively carry the male part and the female part of the mold, said parts of the mold being arranged so that they delimit in the closed position a perfectly sealed molding cavity 1.
L'étanchéité est obtenue grâce à une chicane 2 délimitée par la configuration des parties mâle et femelle du moule et disposée à la périphérie de ce moule au niveau du plan de joint. Cette chicane permet d'éviter l'écoulement de la matière synthétique hors du moule au cours de l'injection et permet, au cours de la com pression, l'évacuation de la matière synthétique au niveau de la partie plane désignée par 3 dans les figures I et 2. Grâce à cette configuration particulière de la périphérie du moule, on obtient des plans de joint quasi-parfaits qui n'ont pas besoin d'être retravaillés. Cette configuration se révèle particulièrement avantageuse par rapport à des dispositifs classiques où les fuites au niveau des bords du moule sont évitées ou limitées par chauffage des bords de ce moule, ce qui oblige à équiper le moule d'un circuit de chauffage.The seal is obtained by means of a baffle 2 delimited by the configuration of the male and female parts of the mold and arranged at the periphery of this mold at the joint plane. This baffle makes it possible to avoid the flow of the synthetic material out of the mold during the injection and allows, during the compression, the evacuation of the synthetic material at the level of the flat part designated by 3 in the Figures I and 2. Thanks to this particular configuration of the periphery of the mold, we obtain almost perfect joint planes which do not need to be reworked. This configuration proves to be particularly advantageous compared with conventional devices where leaks at the edges of the mold are avoided or limited by heating the edges of this mold, which means that the mold must be fitted with a heating circuit.
Le moule est perforé de préférence au niveau du plan de joint, ladite perforation étant destinée à recevoir une tête d'injection 13. Cet injecteur 13 comporte un corps central ou canal d'injection 4 susceptible d'être alimenté en matière synthétique liquide polymérisable par un conduit d'alimentation 5. Dans le corps coulisse un organe d'obturation 6 du type pointeau dont la tête est susceptible de venir fermer le canal d'injection conformément à la figure 2.Selon la disposition du canal d'injection et sa configuration, il est également possible d'envisager que le moule comprenne un moyen de compensation destiné à assurer lté- tanchéité du moule pendant la phase d'injection, ledit moyen de compensation étant constitué par exemple par un pavé mobile disposé au voisinage du canal d'injection sur l'un des bords du moule et monté sur ressort. Dans ce cas, le canal d'injection est fermé après la phase d'injection par un organe d'obturation du type à guillotine dont le déplacement est par exemple commandé par une came associée à un vérin. Un certain nombre d'autres configurations pour l'injecteur sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Il est possible de répartir des injecteurs tout autour du moule et de ne pas limiter leur positionnement au plan de joint.The mold is preferably perforated at the joint plane, said perforation being intended to receive an injection head 13. This injector 13 comprises a central body or injection channel 4 capable of being supplied with liquid synthetic material which can be polymerized by a supply conduit 5. In the body slides a shutter member 6 of the needle type, the head of which is capable of closing the injection channel in accordance with FIG. 2. Depending on the arrangement of the injection channel and its configuration , it is also possible to envisage that the mold comprises a compensation means intended to ensure the leaktightness of the mold during the injection phase, said compensation means being constituted for example by a movable block arranged in the vicinity of the injection on one of the edges of the mold and mounted on a spring. In this case, the injection channel is closed after the injection phase by a shutter member of the guillotine type whose movement is for example controlled by a cam associated with a jack. A number of other configurations for the injector are possible without departing from the scope of the invention. It is possible to distribute injectors all around the mold and not to limit their positioning to the joint plane.
Les injecteurs sont de manière connue alimentés par un système à circulation continue destiné à éviter la polymérisation locale de la résine. Ce circuit représenté à la figure 3 comprend un réservoir de stockage de résine 8 équipé d'un dispositif de régulation de la température à une valeur suffisamment basse pour éviter la polymérisation de la résine à l'intérieur du réservoir. Ce dispositif de régulation est constitué par des canalisations d'eau reliées à un régulateur de température. The injectors are in known manner supplied by a continuous circulation system intended to avoid local polymerization of the resin. This circuit shown in FIG. 3 comprises a resin storage tank 8 equipped with a device for regulating the temperature to a sufficiently low value to avoid polymerization of the resin inside the tank. This regulation device is made up of water pipes connected to a temperature regulator.
La résine est amenée au canal d'injection par une canalisation 9 équipée d'une pompe volumétrique 10 et d'une vanne 11 d'arrêt et de vidange qui de préférence sera une vanne à trois voies. Le nettoyage de l'ensemble du circuit s'effectue par l'amenée d'un solvant type acétone ou chlorure de méthylène sous pression. Ce solvant est contenu dans le réservoir de stockage 12. Le nettoyage au moyen du solvant s'effectue par l'ouverture de la vanne il sur le circuit résine (canalisation 9), ce qui permet le nettoyage de la tête d'injection 13 uniquement.The resin is brought to the injection channel by a pipe 9 equipped with a positive displacement pump 10 and a stop and drain valve 11 which preferably will be a three-way valve. The entire circuit is cleaned by supplying an acetone or methylene chloride solvent under pressure. This solvent is contained in the storage tank 12. The cleaning by means of the solvent is carried out by opening the valve il on the resin circuit (pipe 9), which allows the cleaning of the injection head 13 only. .
Les plateaux de la presse sont également équipés de moyens d'actionnement qui permettent de commander leur déplacement en fonction du fonctionnement des éjecteurs de telle sorte que les phases de déplacement des pièces du moule, injection, compression s'effectuent toujours de la même façon suivant un ordre déterminé.The press plates are also equipped with actuation means which make it possible to control their movement as a function of the operation of the ejectors so that the phases of movement of the mold parts, injection, compression are always carried out in the same way according to a specific order.
Ces phases vont être décrites ci-dessous.These phases will be described below.
La presse étant ouverte, on dispose à l'intérieur du moule et plus particulièrement dans le demi-moule inférieur un noyau de polyuréthane revêtu d'une charge de renforcement. Cette charge de renforcement est fixée par des agrafes ou tout autre moyen et est de préférence préformée au moyen d'une presse de telle sorte que son épaisseur autour du noyau de polyuréthane est sensiblement constante. La charge de renforcement est une charge fibreuse qui est constituée par une toile ou un mat de fibres minérales ou textiles artificielles ou naturelles et est de préférence une nappe de fibres de verre. Bien évidemment, les fibres utilisées pourraient être également des fibres de carbone, des fibres de polyester, des fibres acryliques, etc, se présentant sous la forme de filets, de matelas monofilament ou de matelas de fibres coupées, de filets tissés, de tissu ou analogues. With the press open, a polyurethane core coated with a reinforcing filler is placed inside the mold and more particularly in the lower half-mold. This reinforcing filler is fixed by staples or any other means and is preferably preformed by means of a press so that its thickness around the polyurethane core is substantially constant. The reinforcing filler is a fibrous filler which consists of a fabric or a mat of mineral fibers or artificial or natural textiles and is preferably a sheet of glass fibers. Of course, the fibers used could also be carbon fibers, polyester fibers, acrylic fibers, etc., in the form of nets, monofilament mattresses or mattresses of cut fibers, woven nets, fabric or analogues.
Lorsque le noyau de polyuréthane revêtu de sa charge est en place, la presse est actionnée en vue de rapprocher les plateaux jusqu'à ce que l'écartement entre les parties du moule soit égal à zéro avec une pression de maintien suivie d'une pression finale supérieure à la pression de maintien. Une quantité prédéterminée de matière synthétique liquide polymérisable est alors injectée à l'intérieur de la cavité de moulage. Le débit de l'injecteur de matière synthétique polymérisable est de l'ordre de 15 litres/minute. La durée d'injection est égale à 15 secondes. La pression d'injection est de l'ordre de 2 à 3 bars. La quantité de matière synthétique polymérisable injectée est fonction du volume de la cavité et de l'insert. L'insert représente généralement 75 % du volume total de la cavité.La pression qui règne à l'intérieur de la cavité de moulage au moment de l'injection est égale à 20 bars.When the polyurethane core coated with its filler is in place, the press is actuated in order to bring the plates together until the spacing between the parts of the mold is equal to zero with a holding pressure followed by a pressure final higher than the holding pressure. A predetermined quantity of polymerizable liquid synthetic material is then injected inside the mold cavity. The flow rate of the polymerizable synthetic material injector is of the order of 15 liters / minute. The injection time is 15 seconds. The injection pressure is of the order of 2 to 3 bars. The amount of polymerizable synthetic material injected depends on the volume of the cavity and the insert. The insert generally represents 75% of the total volume of the cavity. The pressure which prevails inside the molding cavity at the time of injection is equal to 20 bars.
Cette pression faible ainsi que le fait que la matière synthétique se présente à l'état liquide permettent à la matière synthétique de se répartir dans l'ensemble de la cavité de moulage et d'imprégner la charge de renforcement. Après injection, le moule est fermé. La matière synthétique polymérisable durcit en quelques minutes. Dès que la matière synthétique polymérisable est dure, les plateaux de la presse s'écartent et la pièce moulée est extraite.This low pressure, as well as the fact that the synthetic material is in the liquid state, allows the synthetic material to be distributed throughout the molding cavity and to permeate the reinforcing load. After injection, the mold is closed. The polymerizable synthetic material hardens in a few minutes. As soon as the polymerizable synthetic material is hard, the press plates move apart and the molded part is extracted.
La matière synthétique polymérisable utilisée est sous forme liquide au moment de l'injection. Cette matière est de préférence une résine thermodurcissable telle qu'une résine de polyester insaturée, un silicone ou un aminoplaste. Par résine de polyester insaturée, on désigne les résines obtenues à partir d'un polyester insaturé formé par polycondensation d'au moins un acide alpha-béta-dicarboxylique insaturé éthyléniquement et/ou d'au moins un anhydre correspondant avec au moins un alcool polyvalent et un/ou plusieurs monomères insaturés éthylèniquement comme, par exemple, du styrène, du vinyltoluène, etc. Des additifs tels qu'un catalyseur et un accélérateur sont ajoutés à la résine polyester en vue d'accélérer la formation de radicaux libres qui favorisent la polymérisation. A titre d'exemples, on peut citer comme accélérateur l'octoate de cobalt.De même, pour illustrer l'emploi de catalyseurs, on citera le péroxy 2-éthylhexanoate de ter-butyle. Cette résine présente une viscosité comprise entre 10 et 20 poises et est de préférence égale à 12 poises.The polymerizable synthetic material used is in liquid form at the time of injection. This material is preferably a thermosetting resin such as an unsaturated polyester resin, a silicone or an aminoplast. The term “unsaturated polyester resin” denotes the resins obtained from an unsaturated polyester formed by polycondensation of at least one ethylenically unsaturated alpha-beta-dicarboxylic acid and / or at least one corresponding anhydrous with at least one polyvalent alcohol and one or more ethylenically unsaturated monomers such as, for example, styrene, vinyltoluene, etc. Additives such as a catalyst and an accelerator are added to the polyester resin to accelerate the formation of free radicals which promote polymerization. By way of examples, cobalt octoate can be cited as an accelerator. Similarly, to illustrate the use of catalysts, mention may be made of ter-butyl peroxy 2-ethylhexanoate. This resin has a viscosity of between 10 and 20 poises and is preferably equal to 12 poises.
A titre d'exemple, la résine de polyester utilisée peut avoir la composition suivante: résine 100% charges 25% octoate de cobalt 0,3 % péroxy 2-éthylhexanoate de ter-butyle 1,8%. By way of example, the polyester resin used can have the following composition: resin 100% fillers 25% cobalt octoate 0.3% peroxy 2-ethyl tert-butylhexanoate 1.8%.
Un exemple de conditions opératoires est le suivant: rapprochement rapide des pièces du moule : 10 secondes injection de résine: débit 15 1/mon
temps 16 secondes
viscosité de la résine 12 poises
température 25 C
pression d'injection 2 à 3 bars
température de la cavité de moulage 85 C
pression de la cavité de moulage 40 bars
Pression interne du moule fermé : 20 bars temps de fermeture: 180 secondes durcissement pendant 150 secondes écartement rapide des plateaux de la presse pendant 15 secondes extraction de la pièce 10 secondes.An example of operating conditions is as follows: rapid approximation of the parts of the mold: 10 seconds resin injection: flow rate 15 1 / month
time 16 seconds
viscosity of the resin 12 poises
temperature 25 C
injection pressure 2 to 3 bars
molding cavity temperature 85 C
molding cavity pressure 40 bar
Internal pressure of the closed mold: 20 bars closing time: 180 seconds hardening for 150 seconds rapid separation of the press plates for 15 seconds extraction of the part 10 seconds.
La durée totale d'un cycle est de 270 secondes. Ce paramètre met en évidence l'intérêt de l'injection qui permet d'obtenir des cadences rapides. De plus, grâce au dispositif d'injection, la quantité de résine injectée est parfaitement connue de telle sorte que toute perte de matière est évitée. La compression par fermeture du moule permet l'élimination des bulles d'air. L'utilisation d'une résine liquide injectée à une pression faible permet une répartition uniforme et homogène de la résine à la surface de la charge de renforcement sans toutefois déplacer celle-ci. La configuration du moule équipé d'une chicane permet d'obtenir des plans de joint quasi-parfaits et rend possible l'injection en une seule fois avec une résine liquide.The total duration of a cycle is 270 seconds. This parameter highlights the advantage of injection, which allows rapid rates to be obtained. In addition, thanks to the injection device, the quantity of resin injected is perfectly known so that any loss of material is avoided. Compression by closing the mold eliminates air bubbles. The use of a liquid resin injected at low pressure allows a uniform and homogeneous distribution of the resin on the surface of the reinforcing filler without, however, displacing the latter. The configuration of the mold equipped with a baffle makes it possible to obtain almost perfect joint planes and makes possible the injection at one time with a liquid resin.
Le procédé et le dispositif décrits ci-dessus permettent la réalisation de toutes sortes de pièces. Les matières synthétiques polymérisables pouvant être utilisées sont nombreuses. On peut ainsi envisager l'emploi de résines époxy, phénoliques ou similaires, la seule contrainte étant leur viscosité qui doit être suffisamment faible pour permettre leur injection et leur répartition à l'intérieur de la cavité de moulage. De même, le dispositif d'injection peut revêtir un certain nombre de formes en fonction de sa disposition au niveau du moule. The method and the device described above allow the production of all kinds of parts. The polymerizable synthetic materials which can be used are numerous. It is thus possible to envisage the use of epoxy, phenolic or similar resins, the only constraint being their viscosity which must be low enough to allow their injection and their distribution inside the molding cavity. Similarly, the injection device can take a number of forms depending on its arrangement at the level of the mold.
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