Brevet FR2009598A1 — publié le 19700206

i 2009598 La présente invention concerne l'utilisation de compositions adhésives activées parla chaleur permettant de réunir deux articles. Dans l'un de ses modes de mise en oeuvre l'invention consiste en un procédé permettant de réaliser l'adhérence entre deux articles ; ce procédé consiste à interposer entre eux, en contact avec une de leur face, une composition adhésive activable par 1É chaleur contenant des particules de carbone et à soumettre le montage ainsi réalisé à l'action d'un champ magnétique alternatif de haute fréquence jusqu'à ce que l'on chauffe suffisamment la composition adhésive pour l'activer. La composition adhésive peut contenir une masse fondue chaude thermoplastique ou une résine synthétique thermodurcissable ou son précurseur, par exemple un monomère polymérisable ou un polymère de faible poids moléculaire. On peut plastifier ou non une composition thermoplastique ou une composition de masse fondue chaude. Comme exemples de matières plastiques on peut citer des polymères d'oléfines, en particulier le polypropylène, le polyéthylène, les copolymères d'éthylène/propylène et le polystyrène ainsi que les polymères de vinyle, par exemple chlorure de polyvinyle plastifié, acétate de polyvinyle et polyvinylacétais tel que le butyral . Comme exemples de compositions de masse fondue chaude on peut citer les polyamides linéaires dè poids moléculaire élevé. Comme compositions de résines thermo-durcissables on peut citer les polyesters de réticulation tels que les résines phénolformaldéhyde, uréeformaldéhyde et mélamineformaldéhyde. La composition peut si nécessaire contenir deux ou plusieurs constituants, par exemple une résine de mélamine ou de phénol-formaldéhyde et un polyvinyl-acétalt. Les particules de carbone peuvent être du graphite ou un carbone amorphe,par exemple noir de carbone. Le graphite peut se présenter sous la forme de particules grossièrement sphériques ou de minces tablettes de différentes dimensions. Ces particules sphériques ont habituellement un diamètre de 100 jii ou moins et leur dimension peut descendre jusqu'à 30 yU ou moins. On peut obtenir le carbone amorphe dans une gamme étendue de granu-lométriffi, les particules étant encore de forme grossièrement sphérique . Il n'est pas nécessaire que les particules soient constituées entièrement par du carbone. Par exemple, le carbone peut se présenter sous la forme d'un revêtement sur un support inerte non conducteur de l'électricité, comme par exemple des perles de verre très fines. On peut obtenir cette matière en traitant les particules du support qui sont en général grossièrement sphériques avec une suspension colloïdale de graphite dans l'eau ou 2009598 69 17568 t tout autre liquide, qui peut aussi contenir avantageusement une résine de. liant non conducteur de type connu. Ces particules de support peuvent avoir - . un diamètre de 20 à 850 ^u. Les particules composites de cë type sotit désignées par l'expression "particules de carbone" telle qu'elle est utilisée 5 dans cette description. . Alors qu'il n'y a pas de limite critique supérieure à la dimension des particules de carbone prises séparément (qui dépend de facteurs tels que leur influence sur la résistance mécanique de la couche adhésive finale et leur épaisseur recherchée) on peut prendre comme diamètre moyen approxi-10 mativement 1 mm et dans certaines conditions 400 à 500 jU-environ. Quand les particules de la composition sont tout à fait séparées les unes des autres, la limite inférieure est établie par le fait qu'il faut que leur épaisseur soit égale au moins à deux fois la profondeur effective de la pénétration courante. Cependant, si la concentration et la répartition des 15 particules de carbone sont telles qu'un certain nombre d'entre elles forment ensemble un réseau conducteur de l'électricité, on peut utiliser des particules plus petites. La profondeur de pénétration courante est déterminée par divers facteurs comme la fréquence et la puissance du champ magnétique alternatif, et ainsi on ne peut donner aucune limite inférieure de dimension 20 de particule qui soit valable dans toutes les circonstances. Généralement . cependant on peut admettre que,à moins de réaliser comme ci-dessus un réseau' de particules•conducteur d'électricité, la dimension de particule ne doit . pas être inférieure à 30 et elle est de préférence de l'ordre de 50 à 200 jU, et en particulier de 75 à 150^u. Même lorsque l'on réalise un ré-25 seau conducteur, on constate que les gammes de dimensions ci-dessus ne conviennent pas parfaitement. Toutes chosœ étant égalœ par ailleurs, plus, grosses sont les particules,plus rapidement l'adhésif atteindra sa température d'activation. On peut faire varier le rapport en poids des particules de carbone 30 à la matière adhésive dans une gamme étendue, par exemple de-5 : 95 à 80 : 20, et on le choisit en fonction des exigences particulières de chaque cas. Naturellement, plus le rapport est élevé,plus l'application du champ de fréquence et d'intensité données permettra de chauffer rapidement la composition. D'autre part, l'utilisation d'une proportion élevée de particules augmente 35 souvent la rigidité de la couche adhésive finale ce qui n'est pas toujours avantageux ; de même, elle peut diminuer le pouvoir mouillant de l'adhésif pour les surfaces à réunir et elle peut également diminuer la force de cohésion de la couche adhésive, particulièrement quand la proportion atteint 69 17568 3 2009598 la limite supérieure de l'intervalle. L'importance de ces effets varie beaucoup avec la nature de la composition adhésive. Ainsi, des compositions contenant des polymères très cristallins, par exemple un polyéthylène haute densité, sont particulièrement sensibles puisque les particules 5 tendent à se concentrer dans les parties amorphes de la couche de polymère ; il se produit alors des concentrations locales très élevées même quand la charge globale est relativement faible. Quand on utilise des particules de petite dimension, par exemple des particules de diamètre inférieur à 30 ^u, de telle manière 10 que l'on doive compter sur la formation d'un réseau conducteur d'électricité comme déjà décrit, la concentration des particules doit être suffisante pour obtenir une résistivité transversale moyenne convenable géné- 2 4 ralement comprise entre 10 et 5 x 10 ohm-cm pour les résultats les meilleurs . 15 On peut appliquer l'invention pour réunir des articles dont les surfaces sont constituées par des types différents de polymère, par exemple une matière thermoplastique armée ou non ou des résines thermodurcies ou du caoutchouc ou toutes combinaisons de ces produits. Dans le choix d'un adhésif convenable pour toutes combinaisons particulières de matières de 20 surface, on utilise bien entendu les connaissances habituelles des techniques dMhérence. On peut réunir ensemble en même temps un certain nombre de surfaces à condition de produire un champ magnétiquedïmpcctiance convenable pour chauffer chaque couche d'adhésif. Ainsi on peut préparer si nécessaire des stratifiés de plusieurs articles. 25 L'invention présente un intérêt particulier dans le problème d'étanchéification des obturateurs sur les récipients en matière plastique, en particulier des bouteilles plastiques. Le procédé classique de fermeture des bouteilles avec un bouchon couronne ne convient pas à l'obturation de nombreuses bouteilles en matière plastique, en particulier celles en chlo-30 rure de polyvinyle, parce qu-' une forte proportion de bouteilles sont endommagées par la pression nécessaire à la fermeture. Le procédé delîLnvention rend- possible la fermeture d'une capsule sur une bouteille en matière plastique sans déformation de la bouteille, et l'on opère à une vitesse élevée de manière à assurer une cadence compatible avec l'opération de remplissage 35 à grande vitesse qui est le stade précédent du conditionnement des produits embouteillés. De plus, parce que l'on apporte de la chaleur dans le premier cas dans l'adhésif lui-même, on peut activer l'adhésif sans envoyer de calorie directement sur la capsule ou la bouteille, ce qui permet ainsi d'évi 69 17568 4 2009598 ter la déformation de la capsule .qui est en général en matière plastique comme le chlorure,de polyvinyle ainsi que la déformation des bouteilles plastiques. La fréquence du champ magnétique alternatif utilisée pour l'opé-5 ration de chauffage peut être comprise entre 0,5 et 100 Mhz ou davantage, mais elle est en général de 15 à 30 Mhz. . On peut utiliser toute source convenable de puissance suffisante ; les sources typiques ont des puissances de 0,1 à 30 Kw, mais les puissances de 2 à 5 Kw sont en général celles qui conviennent le mieux. On préfère choisir la fréquence et l'intensité du 10 champ selon la dimension et la forme de la pièce à réaliser et la composition de l'adhésif de manière —■ = que l'on ait une durée de chauffage de 2 mn au moins, et en général de quelques secondes. Le dessin annexé illustre schématiquement l'appareil que l'on peut utiliser pour la réalisation du procédé de l'invention ; cet appareil con-15 siste en un générateur 1 relié à une alimentation 2 et en un dispositif de réglage des temps à commande électrique permettant de faire fonctionner le générateur de manière que l'on puisse appliquer le champ alternatif sur une bobine 4 pendant un temps déterminé et réglé à l'avance. Un générateur typique a une puissance de 5 Kw et fonctionne à 27,12 Mhz. . La bobine et 20 son voisinage immédiat sont munis de dispositifs de refroidissement, de préférence contrôlés par thermostat, d'un circuit fermé 5 dans lequel on utilise de l'eau distillée comme milieu réfrigérant. (De l'eau moins pure entraine des pertes d'énergie plus importantes dans le système réfrigérant et elle peut elle même être chauffée suffisamment ce qui détruit ou réduit 25 son efficacité).On peut utiliser différents mécanismes indiqués schématique-ment en 6 pour transporter le montage à faire adhérer à l'emplacement convenable à l'intérieur de la bobine. On choisit le profil de la bobine de manière qu'elle convienne à la forme et à la dimension du montage. Dans un autre mode de mise en oeuvre la bobine peut se déplacer 30 par rapport au montage à faire adhérer. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Dans ces exemples les parties et proportions s'entendent en poids. 35 EXEMPLE 1 On part de 57 parties de graphite se présentant sous la forme de tablettes (graphite Foliac, à grandes paillettes 1A,préparées par Graphite Products Limited) ; on les mélange à 43 parties de polypropylène 69 17568 5 2089598 (GSE 108 préparé par I.C.I. Limited) sur un plastographe Brabendèr avec fixation d'une tête mélangeuse. On moule par compression à 200 2 au cisaillement du recouvrement de 7 kg/cm . 20 EXEMPLE 2 On mélange 30 parties du graphité de l'exemple 1 à 70 parties d'un polystyrène possédant une résistance au choc élevée (Sternite 122 fabriqué par Sterling Moulding Materials Limited).*On moule un joint à" partir de cette'composition et on le plàce entre le corps é"t le couvercle ' 25 d'un carter de batterie en polystyrène. On place le carterà l'intérieur -d'une bobine rectangulaire à une seule spire de manière que la composition adhésive soit au voisinage immédiat de la bobine. On relie là'bobine à la sortie d'un générateur à induction de 5 Kw (27,12 Mhz ). On' alimente l'a bobine pendant 30 s avec un courant anodique de 0,3 ampère. Â la fin de ce 30 laps de temps on réalise une liaison entre le couvercle et l'ë corps du " carter de batterie. EXEMPLE 3 ° " "" On prépare des compositions contenant 10, 20, 40 et 57 % respecti-35 vement d'un carbone particulaire amorphe (Noir de Carbone Dixie 70 ISÀÉ:;: V? '■ fabriqué par Ahctior Chemical Company) dans le polypropylèrrê d'é" ~!1;'exèmple 1. On moule par compression des'disques de 31,7 mm de diamètrè( êt^de 2'/0-mttf " •* d'épàisseuE& partir de chacune de ces compositions. Cfn plàce fës'-dî'sqiiës" - 69 17568 6 2009598. à l'intérieur d'un,support en polytétrafluoréthylène dans une bobine à deux spires branchée comme dans l'exemple 1. On alimente la. bobine pendant 60 s avec un courant "anodique de 0,3 ampère. On mesure la-température de chaque disque immédiatement- après avoir 'coupé l'alimentation en plaçant un thermo-5 couple légèrement en contact avec une face du disque. Le tableau ci-dessous ■ donne l'augmentation de température: du- disque au-dessus de la température . ambiante conjointement avec la résistivité transvers-ale des compositions . . respectives, telles qu'elles sont mesurées par le-'procédé 202B de la norme - 10 - - - , . . : TABLEAU ' . • - . 15 Pourcentage en poids de carbone Elévation de température Résistivité (log^Q ohm .cm.) .. 10 4 supérieure à 7 20 18 4,0-4,3 . ZO 40 49 2,8-3,1 . 57 . 75 .2,1-2,5 25 EXEMPLE 4 On part de 57 parties de graphite sous la forme de particules à peu près sphériques (graphite S. 4505 fabriqué par Anchor Chemical Company) ; on les mélange à 43 parties du même polypropylène tel qu'il est utilisé dans l'exemple 1. On moule par compression une feuille d'épaisseur 1,3 mm à partir 30 de cette composition. On place un échantillon découpé dans cette feuille dans une bobine à deux spires branchée comme dans l'exemple 2. On alimente la bobine avec un courant anodique de 0,5 ampère. La composition fond après 100 s. Bien que dans les exemples 1 et 2 la composition adhésive soit à base d'un polymère thermoplastique de même nature que les faces à faire adhé-35 rer, il va sans dire que l'on peut appliquer le procédé de l'invention également quand l'une ou les deux dites faces sont de nature différente de la matière adhésive. Naturellement, l'adhésif choisi dans chaque cas spécial est un adhésif qui possède une affinité convenable pour les faces particulières 69 17568 7 2009598 que l'on doit réunir ; ou cet adhésif doit être un adhésif qui peut être utilisé avec les faces particulières que l'on doit réunir. La détermination d'un adhésif convenant à une application particulière est facile pour 1 1—p de l'art. L'exemple 3 montre la relation qui existe entre la résis-5 tivité de l'adhésif contenant le carbone et la température à laquelle on chauffe la composition en utilisant l'énergie d'alimentation du générateur, alors que l'exemple 4 montre que l'on peut utiliser du carbone amorphe à la place du graphite de l'exemple 1. L'utilisation des particules de carbone présente plusieurs avan-10 tages par rapport à celle de particules ferromagnétique que l'on applique de manière semblable.. Ainsi on constate qu'elles ont une tendance beaucoup plus faible à se séparer par gravité quand la composition fond, et qu'ainsi elles restent réparties plus uniformément et qu'elles apparaissent en général à la surface de la couche adhésive dans une plus faible mesure ; 15 pour une raison semblable leur utilisation dans des compositions initialement liquides s'accompagne de moins de difficultés par suite de dépôt. On constate également que le carbone n'a pratiquement plus tendance à entraîner la dégradation ou la décomposition de la matière de l'adhésif qui caractérise certains métaux ferromagnétiques ; de plus, il n'est pas sujet à cor-20 rosion. Les particules de carbone enfin sont beaucoup moins abrasives dans les équipements de mélange et on utilise d'autres dispositifs pour préparer la composition adhésive. 69 17568 8 2009598 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour réaliser l'adhérence entre deux articles qui 5 consiste à interposer entre les articles et en contact avec une face de chacu d'eust une composition adhésive activable parla chaleur et à chauffer la composition adhésive pour 1'activer, ledit procédé étant caractérisé en ce que la composition adhésive contient les particules de carbone et qu'on l'active en soumettant le montage à l'action d'un champ magnétique alter-10 natif de haute fréquence. 2 - Procédé selon la revendication 1 ,caractérisé en ce que les particules de carbone ont un diamètre moyen de 50 à 200 ^u. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les faces des articles à réunir sont constituées par les mêmes 15 matières polymères ou des matières polymères différentes, 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que on fixe sur un col de bouteille une capsule en matière plastique. 5 - Articles dont les faces sontrâmies ensemble par un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.