Brevet FR2013012A1 — publié le 19700327

- 1 - L'invention se rapporte à des compositions de poly-lactame moulées conductrices de l'électricité et de la chaleur et à un procédé pour les préparer. L'addition de charges sous la forme de poudres, £i-5 bres, etc. .. aux résines synthétiques est prévue pour altérer les propriétés des résines dans le sens désiré. En général ces charges sont ajoutées aux résines fondues. Toutefois, il n'était pas possible par ce moyen d'obtenir des résines synthétiques qui ont une bonne conductivité thermique et électrique, alors qu'il exis-10 te une grande demande technique pour la production de résines de ce genre qui sont conductrices de l'électricité et de la chaleur. Il n'est pas possible d'incorporer des matières conductrices, par exemple de longues fibres métallique ou de l'ouate métallique dans les masses de résines synthétiques qui ont ordi-15 nairement une grande viscosité, sans les endommager ou les briser en petits morceaux. Fréquemment, l'enlèvement de l'air et autres gaz à partir de la masse fondue soulève de sérieuses difficultés supplémentaires. Les propriétés mécaniques des résines synthétiques sont de ce fait considérablement compromises. Seules des 20 fibres très courtes ou de la poudre peuvent être incorporées de cette manière. Elles n'ont évidemment que peu ou pas de contact entre elles, d'où la conductivité n'est que très faible. Les faisceaux ou réseaux de charges ont l'inconvénient d'être difficiles à incorporer et de ne pouvoir être soumis 25 à une contrainte que dans une direction. Un objet de la présente invention est d'apporter des compositions de polylactame conduisant l'électricité et la chaleur. Un autre objet de la présente invention est d'apporter un procédé de production de ces compositions de polylactame conduc-30 trices de l'électricité et de la chaleur, qui évite les inconvénients mentionnés plus haut. Ces objets sont réalisés par une composition de polylactame moulée conductrice de l'électricité et de la chaleur qui comprend une polylactame et 0,1 à 50 fo en poids d'ouate métallique uniformément distribuée, cette composition de 35 polylactame moulée ayant une résistance spécifique de 1 : 10"^ à 1. 10~^, de préférence d'environ 1 à 100 ù(!, cm. Ces compositions de polylactame moulées conductrices 69 24095 - 2 - 2013012 / de l'électricité et de la chaleur sont obtenues par un procédé qui consiste à introduire un mélange réactif comprenant une lactame, un catalyseur alcalin et un activateur dans un moule qui contient de l'ouate métallique uniformément distribuée et à polymériser ce 5 mélange, l'introduction étant effectuée à une température entre le point de fusion de la lactame et la température de polymérisation, la polymérisation étant effectuée à des températures de 100 à 240° G. On effectue de préférence l'introduction sous vide 0 pour exclure l'àir. L'ouate est uniformément distribuée dans la polyamide ainsi préparée, sans aucune direction préférentielle. La haute conductivité thermique et électrique est obtenue en raison des nombreux points de contact le long des fils métalliques entre eux. 5 Des lactames appropriées pour ce procédé sont celles qui ont 5 à 12 châtrions nucléaires, par exemple la pyrrolidone, la caprolactame et la laurolactame. La caprolactame convient particulièrement bien. La polymérisation ionique des lactames peut être effectuée par un des procédés connus, comme ceux qui ont été décrits, 0 par exemple dans le brevet américain n° 3.015.652. L'ouate métallique consiste en de longs fils métalliques de même section transversale qui sont mis en boules. Il n'y a donc pas de direction préférentielle de contrainte. L'ouaté peut avoir toute densité désirée. 5 Lbuate métallique utilisée peut être constituée en des métaux qui ont un point de fusion supérieur à la température de polymérisation; elle est de préférence en des métaux à haute conductivité tels que l'ouate de cuivre, de laiton, d'aluminium ou d'acier. 0 Le procédé peut par exemple être effectué en plaçant l'ouate métallique en la quantité et densité requises dans un moule, manuellement ou mécaniquement, et en la distribuant uniformément dans celui-ci. Après avoir été chauffé à la température de polymérisation, le moule est de préférence soumis à un traitement par le 5 vide pour éliminer l'air qui est adsorbé sur la grande étendue de surface du métal. Le mélange de lactame, de catalyseur et d'acti-vateur est ensuite introduit dans le moule sous vide et il est 24095 - 3 - 2013012 t- maintenu sous vide jusqu'à ce que les gaz dissous aient été éliminés de la masse fondue. La pression est alors ramenée à la valeur atmosphérique en introduisant de. l'air ou de préférence des gaz inertes. La polymérisation elle-même est produite de manière connue. A cause de la faible viscosité et des bonnes propriétés d'écoulement de la masse fondue de caprolactame, les vides dans l'ouate métallique se remplissent complètement de masse fondue et la distribution uniforme de l'ouate métallique est conservée. Le traitement par le vide précédant l'introduction de la lactame peut être omis dans certains cas, en fonction de la forme du moule. Des tests avec de l'ouate de cuivre et une polylactame, dans lesquels l'ouate de cuivre a un diamètre de fil d'environ 0,05 mm, ont montré que la résistance spécifique de la polylactame contenant 7,1 % en poids de Cu est inférieur à lJZ.cm. Ce même produit d'ouate de cuivre et de polylactame possède également une conductivité thermique nettement améliorée. Le produit peut par exemple être utilisé dans des galets de roulement, des roues, des coussinets et sièges de palier ainsi que comme cylindres et garnitures de cylindres. Lorsque des galets de roulement sont fabriqués en polyamide non chargée, ils s'échauffent à un point tel, à cause de leur tendance à se comprimer sous pression, que la polyamide peut fondre par places. Dans le cas de montures de palier, la quantité de charge qui peut être tolérée dépend dans une large mesure de la dissipation de la chaleur. Un autre avantage de ce nouveau matériau est que l'accumulation d'une charge électrostatique est empêchée. Dans les parties de machine utilisées dans des travaux à ciel ouvert ou dans des mines (par exemple des rouleaux déflecteurs, des rails de guidage, galets ou pièces similaires) ,1 'utilisation d'une polyamide mauvaise conductrice était pratiquement impossible à cause de l'accumulation d'une charge statique. Un autre avantage est que les nouveaux produits peuvent être usinés tout aussi bien que des parties construites en polyamide non chargée. En outre des bornes, des fils de raccord, etc. .. peuvent être mis en place ou bien des parties individuelles peuvent être » & 69 24095 - 4 - 2013012 raccordées entre elles par soudage» Ceci est possible parce qu'il y a suffisamment de surface métallique disponible et que la cianductivité thermique élevée du métal prévient la fusion ou la décomposition de la polyamide. Les autres propriétés avantageuses 5 normalement rencontrées dans les polyamides qui sont chargées avec de la poudre ou de la fibre sont conservées ou même améliorées dans ces nouveaux matériaux. Les exemples suivants sont donnés pour illustrer davantage l'invention sans la limiter. 10 EXEMPLE 1.- 3 On ajoute 5 cm de solution méthanolique de méthyla- te de sodium, préparée en faisant réagir 0,92 g de sodium avec 100 3 cnr de méthanol, à 125 g de caprolactame. Le méthanol ainsi que 10 g de caprolactame sont chas-15 sés par distillation sous vide à environ 160° G, on refroidit la masse fondue à environ 00° C et l'on ajoute 0,42 g d'hexaméthylè-ne-diisocyanate. On introduit ensuite la masse fondue dans un moule qui contient 9 g d'ouate de cuivre composée de fils ayant un diamètre de 0,05 mm et distribuée uniformément dans le moule, on met 20 ce dernier sous vide à 00° C puis on introduit de l'azote et on chauffe le moule à 160° G pour la polymérisation et l'on reste à cette température pendant une heure après polymérisation. La viscosité relative en solution re^ est de 5,56 (mesurée sur une solution de 0,5 g du polymère dans 100 cm** 25 de m-crésol à 20° G). La résistance spécifique du produit moulé est inférieure à 1 SI* cm. EXEMPLE 2. - On reproduit l'exemple 1 mais on utilise 3,5 g d'ouate d'acier (diamètre de fil de 0,025 mm) au lieu d'ouate de 30 cuivre. La résistance spécifique du produit moulé obtenu est de 1Ô3 cm. EXEMPLE 3.- On reproduit l'exemple 1 en utilisant 7,5 g d'ouate d'aluminium (diamètre de fil de 0,05 mm) au lieu de 35 l'ouate de cuivre. La résistance spécifique du produit moulé est de 66 SL cm. EXEMPLE 4.- On fabrique un cylindre de laboratoire ayant une longueur de 150 ma st un diamètre de 156 aa de la manière suivante ? Une jaquette de feuillard métallique avec fond, ayant 69 24095 - 5 - 9 • * ''2013012 un diamètre de 160 mm et une hauteur de 200 mm, est placée autour d'un demi-arbre en acier. L'espace intermédiaire est rempli avec 0,10 kg d'ouate de cuivre uniformément distribuée, dont les fils ont un diamètre de 0,05 mm. 5 A 3,5 litres d'une masse fondue de caprolactame on ajoute 31,5 ca? d'une solution de méthylate de sodium préparée comme à l'exemple 1. On chasse le méthanol par distillation à 120° C sous 30 mm Hg. Après l'addition de 31,5 es? d'hexaméthy-lènè-diisocyanate, on introduit le mélange ainsi obtenu dans le 10 moule décrit plus haut qui est préchauffé à 100° C. La polymérisation est terminée après environ 10 minutes. Par un post-traitement mécanique, le cylindre est amené aux dimensions indiquées plus haut. EXEMPLE 5.- 15 On fabrique un autre cylindre en appliquant la mé thode de l'exemple 4» mais en utilisant de l'ouate d'acier 0,134 au lieu d'ouate de cuivre. EXEMPLE 6.- Un cylindre fabriqué comme à l'exemple 4 et conte-20 nant 6 $ en poids d'ouate d'acier est comparé à un cylindre similaire ne contenant pas d'ouate métallique. La propriété qui est comparée est la charge maxima à long terme. On la détermine comme suit : Les cylindres de polyamide, chargés d'une charge à 25 ressort, roulent sur un rouleau d'acier d'un diamètre de 4 mètres. On effectue des expériences de fonctionnement à long terme dans lesquels la température maxima empiriquement déterminée à l'intérieur du rouleau est prise comme limite de charge permis. La charge maximum à long terme ainsi déterminée est 30 de 950 kg pour le cylindre contenant de l'ouate d'acier (température maxima 41° G) pour 650 kg pour un cylindre de polyamide non chargé (température maxima de 35° G), toutes deux déterminées à une vitesse périphérique de 1,5 m/seconde. 69 24095 - 6 - 2013012 -REVENDICATIONS- 1.- Composition de polylactame moulée conductrice de l'électricité et de la chaleur, comprenant une polylactame et 0,1 à 50 f0 en poids d'ouate métallique uniformément distribuée, 5 la composition de polylactame moulée ayant une résistance spéci- 10 — L fique de 1 . 10 à 1 . 10~ , de préférence d'environ 1 à 100 cm. 2.- Composition de polylactame moulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouate métallique est 10 une ouate de cuivre qui possède un diamètre de fil d'environ 0,05 mm. 3.- Composition de polylactame moulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la polylactame est de la p oly caprolaetame. 15 4.- Procédé de production d'une composition de poly lactame moulée conductrice de l'électricité et de la chaleur, caractérisé en ce qu'on introduit un mélange réactif comprenant une lactame, un catalyseur alcalin et un activateur dans un moule qui contient de l'ouate métallique uniformément distribué dans 20 celui-ci et on polymérise le mélange, l'introduction étant effectuée à une température entre le point de fusion de la lactame et la température de polymérisation et la polymérisation étant effectuée à des températures de 100 à 240° G. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé 25 en ce que le catalyseur alcalin est un alcoolats de sodium. 6.- Procédé selon la revendication 4» caractérisé en ce que l'activateur est de 1'hexaméthy1ène-diisocyanate. 7.- Cylindre consistant en la composition de polylactame moulée de la revendication 1.