Brevet FR2026848A1 — publié le 19700925

La La présente invention concerne un nouveau procédé et dispositif pour le traitement des liquides afin d'obtenir une réduction contrûlée de leur viscosité et se réfère spécifiquement à la réduction de la viscosité des liquides comme préléminaire à leur application comme revêtement, tel que, par exemple, dans 5 le revêtement des bandes magnétiques avec un matériau d'encre magnétisable formé en partie des liquides non-newtoniens, On peut caractériser les liquides non-newtoniens en général comme ayant une viscosité qui n'est pas constante à une température donnée; autrement dit ces liquides sont différents des liquides newtoniens, tel que l'eau, qui ont 10 la même viscosité tant que leur température reste constante. Parmi les liquides non-newtoniens, on peut citer les plastiques de Blngham, les liquides pseudo-plastiques, les liquides dllitants, les liquides thixotropiques et les liquides rhéopectiques, La gelée de vaseline et de pétrole sont des exemples de plastiques de Bingham. Elles sont caractérisées par une courbe d'écoulement linéaire 15 qui comprend une limite élastique jusqu'à laquelle le matériau ne s'écoulera pas tant qu'une contrainte supérieure à cette limite ne lui est pas appliquée, puisque le matériau a une structure dlmentionnelle présentant une~rl£idité suffisante pour résister à toutes les contraintes ne dépassant pas cette limite élastique, 20 On peut classer le copolyroère acrylonitrile-butadiène comme liquide pseu do-plastique présentant une diminution de la viscosité apparente lors d'une augmentation du taux de cisaillement, mais à la différence des plastiques de Bingham, les liquides pseudo-plastiques n'ont pas de limite élastique. Les liquides dllitants s'opposent aux liquides pseudo-plastiques en ce que leur viscosi-25 té apparente augmente avec l'augmentation du taux de cisaillement. Les liquides thixotropiqueB et rhéopectiques sont des types mineurs de liquides non-newtoniens, ils comprennent respectivement les composés à liaison hydrogène et les polymères très ramifiés. Lors de 1'application des liquides non-newtoniens très visqueux pour dif-30 férentes utilisations, telles que, par exemple, les revêtements des surfaces', il est souvent difficile d'appliquer une couche avec l'uniformité et l'épaisseur désirée. Cela est caractéristique lors du revêtement avec des encres magnétisables de la surface d'une trame ou matrice lors de la fabrication d'un moyen d'enregistrement magnétique. Habituellement, l'encre est composée en partie 35 d'un matériau liant ou de mélanges de matériaus liants, tels que les polyuré-thanes, l'acétate de polyvinyl et de chlorure de polyvinyl ou l'acrylate de bu-tyl, qui peuvent tous être classés commB liquides non->newtoniens. Selon la présente invention, on a déterminé que la viscosité des liquides peut être réduite, à une température donnée, en les soumettant à des vibra-40 tions ultrasoniques juste avant leur application comme revêtement. En conséquen 69 40266 2 2026848 ce, on peut répandre le matériau plus facilement et plus uniformément avec la consistance désirée, Bien que le réduction de la viscosité soit de nature temporaire, le liquide restera au niveau inférieur de viscosité durant un temps suffisant pour permettre son application ou son utilisation cala sans modifier 5 les autres propriétés ou caractéristiques pour l'utilisation désirée. Le matériau peut ainsi 6tre répandu en revêtement mince et dans plusieurs cas, cela réduit la nécessité d'utiliser des équipements de mélanges coûteux, tels que, des malaxeurs, des broyeurs à rouleaux, des broyeurs à boule ou permet d'attendre plus longremps entre l'utilisation de tel équipement et le revêtement effec-10 tlf du liquide. Bien que l'utilisation des ultrasons pour le mélange des matériaux soit connu en général, jusque là on a pas utilisé les vibrations ultraao-niques pour obtenir la réduction de la viscosité, particulièrement pour obtenir la réduction de la viscosité des liquides comme partie d'une procédure continue et oû l\in utilise une nouvelle chambre de traitement pour permettre un écoule-' ^5 ment continu du liquide lors de son traitement. Par conséquent, un objet de la présente invention est d'apporter un nouveau procédé et appareil pour réduire la viscosité des liquides par l'utilisation de vibrations ultrasonlques, Un autre objet de la présente invention est de réaliser la réduction con-20 trâlée de la viscosité de liquides non-newtoniens en les soumettant à des vibrations ultrasonlques pendant une période prédéterminée avant l'application ou distribution du matériau corome revêtement de surface. Un autre objet de la présente invention est d'une part de fournir un nouveau procédé pour revêtir des surfaces avec des liquides, liquides dont on ré-25 duit la viscosité ert. las-soumettant à des vibrations ultrasonlques et, d'autre par|t conîr8ïier un nouve* appareil pour le traitement d'une façon très efficace/du liquide par des vibrations ultrasonlques comme partie d'une procédure continue , Un objet supplémentaire de la présente invention est d'apporter un nouveau 30 procédé dans la fabrication de bandes d'enregistrement magnétique dans lequel on réduit la viscosité des encres d'impression magnétisable par vibrations ul-traâoniques avant la pulvérisation ou le dépôt de l'encre sur la trame de la bande. Selon la présente invention, un procédé préféré utilise le traitement de 35 l'encre pour les bandes magnétiques dans lequel on dirige l'encre dans une chambre de traitement possédant un ou plusieurs transducteurs excités par un générateur à ultrasons pour transmettre au liquide la fréquence du générateur. Le domaine de fréquence optimum s'étend de 450 à 1000 kcps et, selon la taille de la chambre, on peut l'appliquer durant un intervalle de temps prédéterminé 40 pour obtenir.une réduction contrôlée de la viscosité allant jusqu'à 50% de la 69 40266 3 2026848 viscosité d'origine. Après la chambre de traitement, l'encre est appliquée sous pression à travers un barreau de pulvérisation sur un rouleau d'où le liquide est déposé sur la matrice ou support de la bande magnétique. Dans l'appareil préféré on utilise une chambre tubulaire avec des orifices d'entrée et de sortie adja-5 cents aux extrémités opposées pour l'écoulement du liquide, et les transducteurs de trouvent soit a l'une soit aux deux extrémités pour destribuer les ultrasons au liquide amené dans la chambre. La chambre peut soit faire partie du barreau de pulvérisation ou autre dispositif de distribution où peut être disposée dans la ligne d'écoulement directement avant le barreau de pulvérisation, *5q D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte et qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente une vue globale schématique d'un procédé préféré de revêtement d'une trame ou matrice avec un liquide qui a été soumis aux vibra- La figure 2 représente une forme préférée de 1'appareil pour le traitement ultrasonique du liquide . La figure 3 représente une forme modifiée de l'appareil dans lequel la chambre de traitement fait partie du barreau de pulvérisation. 20 On a représenté à titre d'exemple, sur la figure 1, une réalisation de la présente invention dans son application au revêtement d'une surface par liquide non-newtonien, et plus particulièrement, l'étape de la formation d'une bande d'enregistrement magnétique où l'on revêt une trame ou matrice d'encre magnétisable, On supposera pour la présente invention que l'encre est composée carac-25 téristiquement de particules magnétisables finement divisées, telles que, de l'oxyde de fer suspendu dans un système liant lubrifié composé au moins en partie d'une combinaison d'ingrédients liquides dllitants et pseudo-plastiques, tel que, les résines d'acrylonitrile-butadiène et un compolymère chlorure de vinyl-écétate de vinyl. 30 Comme représenté sut la figure 1, l'appareil 10 pour déposer l'encre sur le substrat comprend un réservoir d'alimentation ou une autre source 12, d'où le matériau liquide est soutiré par une pompe 13 pour être distribué par l'intermédiaire d'une ligne d'écoulement représentée en 14 à une chaabre de traitement de réduction des viscosités 16. Lorsque le liquide se déplace dans la 35 chambre 16, il est soumis à des vibrations ultrasonlques par un transducteur 17 qui est excité par un générateur ultrasonique 18 par l'intermédiaire d'une ligne d'entrée d'énergie 19. La viscosité de l'encre est réduite par six radiations durant un interval de temps prédéterminé et l'encre est avancée par la ligne 20 au barreau de pulvérisation 21j ce dernier étant formé de façon con-40 venable avec une fente longitudinale, non représentée, pour application du 69 40266 4 2026848 liquide sous pression à la surface d'un rouleau de gravure 22. Un rouleau pres-seur 24 agit avec le rouleau de gravure pour faire avancer la trame ou le substrat W de la bande entre les rouleaux afin qu'elle reçoive un revêtement uniforme du matériau encre, et de façon classique, la bande revêtue est ensuite trai-5 tée et séchée pour donner le produit fini. □ans le procédé et appareil précédent, que l'on vient de décrire, il est important de reconnaître que la réduction finale de la viscosité du matériau est largement contrôlée par la sortie d'énergie du générateur d'ultrasons aussi bien que par le domaine de fréquence des vibrations ultrasonlques appliquées 1Q par le transducteur. Naturellement, la taillé de la chambre et l'intervalle de temps pendant lequel les vibrations sont appliquées sont aussi des facteurs à considérer avec la nature du matériau. Pour un procédé continu cependant, on proportionne plus avantageusement la chambre en fonction du transducteur afin de manipuler des petits volumes de matériau qui sont déplacés à un taux de dé-15 placement constant, et qui peuvent être.soumis uniformément aux vibrations ultrasonlques pendant un temps court, habituellement de quelques secondes, pour obtenir la réduction maximum comme prélémlniaire au revêtement du matériau sur le rouleau de gravure. Lorsque le matériau est soumis aux vibrations ultrasonlques, il est soumis à une réduction irmédiate de viscosité et dans une procédure con-20 tinue comme celle décrite, il ne souffrira d'aucune augmentation appréciable de viscosité si il est appliqué directement ensuite à travers le bareau de revêtement ou de pulvérisation. En général, cependant, si on permet au matériau de se reposer pendant quelques heures, sa viscosité aura tendance à augmenter gradu*lr_ lement et à revenir au niveau de viscosité original. 25 On a représente sur la figure 2 une forme préférée de chambre de traite ment 16 adaptée à l'irradiation de liquide non-newtonien pour un procédé d'écoulement continu. La chambre de traitement 16 est définie par un tube à paroi mince 28 comprenant des orifices d'entrée et de sortie 30 et 31 diamétralement opposés, se prolongeait dans des directions latérales et adjacents aux extrémités 30 opposées du tube 28, Les éléments transducteurs 32 et 33 sont représentés montés aux extrémités opposées du tube et dans chaque cas, le transducteur est fixé de façon étanche à l'extrémité du tube grâce à une colorette extérieure ou épaulement 34 qui est boulonnée à une colorette 35 à l'aide de boulons filetés 36, un joint d'étanchéïté annulaire 38 étant pris en sandwitche entre l'extré-35 mité intérieure du transducteur et le bord du tube à chaque extrémité. Les transducteurs peuvent être n'importe quels transducteurs que l'on trouve dans le commerce et qui peuvent être adaptéspour l'utilisation dans le domaine des ultrasons, tels que, les transducteurs piézoélectriques ou magnétostritifs. Ces deux types sont des dispositifs à état solide utilisés habituellement dans les opé-40 rations de soudure à ultrasons ou de machine outil et nécessite comme source 69 40266 5 2026848 d'énergie un champ électrique ou un champ magnétique, de fréquence élevée. Le générateur d'ultrasons représenté en 18 pour engendrer le champ peut prendre la forme d'un convertisseur, d'un tube à vide électronique ou d'un oscillateur à transistor pour fournir l'énergie par la ligne d'entrée commune 19 aux élé-5 ments transducteurs des extrémités de la chambra. Dans la forme modifiée de l'appareil représentée sur la figure 3, la chambre de traitement 40 est de nouveau sous la forme d'un tube à paroi mince 42 qui sert aussi comme dispositif de distribution pour la décharge des matériaux par pulvérisation sous pression à travers une fente 43 du barreau de pulvérisa-10 tion se prolongeant longitudinalement sur la paroi latérale du tube. Un orifice d'entrée 44 apporte le matériau provenant de la ligne d'écoulement principale conduisant du réservoir d'alimentation à une extrémité de la chambre tubulaire et un transducteur 46 est monté à une extrémité de la chambre du côté de la partie entrée pour soumettre le matériau liquide aux vibrations ultrasonlques lors-15 qu'il penStre dans la chambre. Si on le désire, on peut disposer un réflecteur à air représenté en 48 à l'extrémité opposée de la chambre pour réfléchir les ultrasons engendrés par le transducteur 46 afin d'accélérer la réduction de viscosité. du matériau et assurer une réduction de viscosité plus uniforme à travers le matériau dans le temps le plus court, En conséquence, on peut utiliser la 20 forme modifiée de l'appareil au lieu d'une chambre de traitement séparée 16 et dbn barreau de pulvérisation 20 comme illustré dans la figure 1 pour obtenir la réduction de la viscosité du liquide juste avant son éjection sous pression à travers la fente 43 du barreau de pulvérisation. Dans un but d'illustration et non de limitation, on représente la chambre 25 40 sur la figure 3 comme ayant un diamètre de l'ordre de 2,54 cm et ayant une longueur approximative de 15,2 cm. Le diamètre de la chambre correspondant de préférence à celui du transducteur afin de minimiser la réflexion des ultrasons en arrière vers le transducteur par les parois de la chambre, Les considérations sont quelque peu différentes lorsqu'on utilise des transducteurs en opposition, 30 comme dans la figure 2, puisque la chambre est d'une longueur suffisante et plus conforme pour éviter à l'un des transducteurs la réception de la sortie de l'au-f-tre et son endommagement par la chaleur excessive engendrée. De plus, dans les procédés utilisant des matériaux thermodurcissables, le transducteur doit pou** voir fonctionner à plus de 500 kcps afin d'éviter la cavitation et un chauffage 35 du matériau qui pourrait se produire au-dessous de ce niveau de fréquence. Autrement, si le matériau n'est pas une résine thermodurcissable, le domaine de fréquence du transducteur peut être compris entre 20 Kcps et 1 mégacycle par seconde. Les exemples suivants servent à illustrer l'utilisation de l'appareil ap-40 pliquée à la réduction de la viscosité de différents liquides non-newtoniens. 69 40266 6 2026848 Exemple 1 On irradie une réaine acrylonitrile-butadiène combinée avec un polymère chlorure de vinyl"acétate de vinyl ayant une viscosité apparente initiale de 6.700 cpa durant 15 secondea à 880 kcp8. Après l'irradiation, la viscosité appa-5 rente a été mesurée à 3,000 cpsj après un repos de 10 minutes, la viscosité apparente s'est élevée à 4,000 cps, et après 20 minutes s'est élevée à 4,400 cps. Exemple 2 Une résine époxie vendue sous la marque commerciale Epon 826 est fabriquée par la Shell Chemical Company, se trouve dans la classification générale d'un iû matériau thixotropique dllitant. On a déterminé qu'un échantillon de la résine a une viscosité apparente initiale moyenne de 9.000 cps et on l'a irradiée à une fréquence de 47 Kcps durant 30 minutes. Après repos durant 1 heure, on a noté une diminution de la viscosité apparente moyenne jusqu'à 4000 cps avec une courbe d'écoulement se rapprochant de celle d'un liquide newtonlen. On compren*-15 dra qu'un temps d'une iradiation aussi long que 30 minutes dépasse nettement le temps nécessaire pour obtenir une réduction substantielle de la viscosité par ce procédé. Exemple 3 Une réaine époxie vendue aoua la marque coimierciale Epon 828 a une vlscoal-20 té moyenne apparente de 12,000 cps avant son irradiation. Après son Irradiation à Une fréquende de 47 Kcps durant 15 minutes, elle présente une viscosité apparente de 6.000 cps. Exemple 4 On mélange ensemble 10 grammes de silice et 100 grammes de méthanol et on 25 mesure la viscosité apparente moyenne du mélange comme étant de 5,000 cps', On irradie à une fréquende 880 Kcps durant 30 secondes.le liquide, un matériau thixotropique pseudoplastique, et 11 présente une diminution substantielle de viscosité de 400 cps. Après l'irradiation, la courbe d'écoulement est semblable à celle d'un liquide newtonien. 30 Dana les exemples précédents, on a mesuré les viscosités avec un appareil BrooKfield RVT à une température de 25*C et à différentes vitesses. On laisse une période de stabilisation de 3 minutes à chaque vitesse pour compenser tout retard de l'instrument et pour que le matériau atteigne l'équilibre avant une mesure. On utilise alternativement deux générateurs ultrasonlques pour la réali-35 sation des essais, l'un fonctionnant avec une fréquence de 47 Kcps, par seconde, et l'autre un générateur à bande large fonctionnant à une fréquence de 880 Kcps. Les deux systèmes incorporaient des transducteurs piézoélectriques à quartz, Durant l'essai, la broche du vlscosimètre est insérée au sommet de la cham-bre de traitement qui ne comprend qu'un transducteur unique monté à l'extrémité 40 opposée. On a trouvé que l'intervalle de tempa d'irradiation de chaque essai 69 40266 7 2026848 n'a pas autant d'influence sur le degré de réduction de viscosité que l'énergie dfentrée, le domaine de fréquence et la taille de la chambre. Dans les trois derniers exemples, on a augmenté de façon importante la durée d'irradiation par rapport au premier exemple pour évaluer les effets à long 5 terme de l'irradiation d'un matériau à différents niveaux de fréquence, particulièrement sur les matériaux thermodurcissables qui ont tendance à être affectés par la cavitation lorsqu'on les soumet à des vibrations ultrasoniques à des fréquences inférieures à 450 Kcps , On a trouvé en général qu'en maintenant le niveau de fréquence au-dessus de 450 kcps par seconde, on évitait la cavita-10 tlon dans les matériaux et qu'en général, il n'y avait aucune polymérisation ou dégradation détectable des matériaux disposée dans le champ d'ultrasons même pour des durées allant jusqu'à 45 minutes. Dans le procédé d'écoulement continu décrit en référence à la figure 1, l'intervalle de temps nécessaire pour la réduction de la viscosité d'un niveau 15 désiré peut être contrSlé de façon précise en régulant le taux d'écoulement dans la chambre en fonction du niveau de fréquence, de l'énergie d'entrée et de la taille de la chambre. Lorsqu'on utilise la forme préférée de la chambre 16, comme représenté sur la figure 2, la ligne d'écoulement 14 est reliée à l'orifice d'entrée 30 et la ligne d'écoulement 20 reliée à l'orifice de sortie, et le 20 matériau se déplace de façon continue sous pression, du réservoir d'alimentation 12 à travers la chambre 16 et dans la barreau de pulvérisation 21. □n peut concevoir que l'on peut réduire la viscosité par étapes successives en disposant deux ou plusieurs chambres de traitement en série soit au même ou à des niveaux de fréquence différents. Dans les exemples spécifiques donnés, 25 où l'on soumet les matériaux à l'iradiation pendant un intervalle de temps plus long, on laisse principalement le matériau dans la chambre durant la période de temps choisie, bien que les intervalles de temps donnés soient considérablement plus longs que ceux nécessaires pour obtenir la viscosité désirée. Il est évident de ce qui précède que l'utilisation d'énergie ultrasonique 30 comme décrite représente un moyen très efficace et très simplifié pour réduire les viscosités de certains liquides et dans plusieurs cas éliminer la nécessité de l'introduction de solvant ou d'autres additifs au liquide afin de réduire sa viscosité. En pratique, la présente invention s'est révélée particulièrement efficace dans le traitement des matériaux dilitants et pseudo-plastiques, et elle 35 présente comme avantage secondaire que les vibrations ultrasoniques mises en causes en outre homogénisent et mélange le liquide et les autres ingrédients. Bien que l'on ait décrit la présente invention principalement en rapport avec un dispositif de revêtement, son application pour la distribution de divers composés liquides est facilement apparente. Ainsi, on peut soumettre le matériau 40 à des vibrations ultrasoniques dans un procédé d'écoulement continu comme décrit, 69 40266 8 2026848 de façon intermittente, ou de traitement en lots importants, par exemple, contenu dans un réservoir relié avec le dispositif de distribution. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques principales de l'invention appliquées à un mode de réalisa-5 tion préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 40266 s 2026848 REVENDICATIONS 1.- Procédé de réduction de la viscosité d'un liquide non-newtonien caractérisé en ce que le liquide est soumis à des vibrations à des fréquences ultra- 5 toniques durant une période de temps prédéterminée. 2.- Procédé de réduction de la viscosité d'un liquide non-newtonien selon la revendication 1 caractérisé an ce que le liquide non-newtonien avance de façon continue à tnmri uns rtifftfrfff de traitement. 10 3.- Procédé de revttmerit d'un support par un liquide non-newtonien carac-tétiaé an ce que le liquide non-newtonien traverse une chambre de traitement dans laquelle il est soumis à des vibrations à des fréquences ultrasoniques et est ensuite appliqué sous pression par pulvérisation et à viscosité réduite ^5 sur la surface du support. 4.- Procédé de revfttement d'un support par un liquide non-newtonien selon la revendication 3 caractérisé en ce que le liquide traverse la chambre de traitement de façon continue à une vitesse permettant d'effectuer la réduction ecm» 20 trôlée de sa viscosité, 5.- Appareil permettant de modifier la viscosité d'un liquide caractérisé en ce qu'il comprend? - une chambre de traitement, 25 - un dispositif pour faire avancer le liquide à travers la chambre de trai tement, - un générateur d'ultrasons, - un transducteur couplé à ladite chambre de traitement pour Isenvertlr -1'-énergle provenant du générateur d'ultrasons en vibrations ultrasoniques et appli 30 quer ces vibrations au liquide pendant un intervalle de temps prédéterminé qfin de réduire la viscosité dudit liquide. 6.- Appareil permettant de modifier la viscosité d'un liquide selon la revendication 5 caractérisé en ce que la chambre de traitement a une forme allon- 35 gée, en ce que le transducteur est monté à une de ses extrémités, et en ce que, des ouvertures d'entrée et de sortie du liquide sont prévues dans les parois de la chambre de traitement près de ses extrémités, 7.- Appareil permettant de modifier la viscosité d'un liquide selon la re- 40 vendicatlon 6 caractérisé en ce que le transducteur est monté à une.des extré- BAD ORIGNAL 69 40266 10 2026848 dans le sens opposé à l'avance du liquide dans ladite chambre de traitement pour communiquer eu liquide des vibrations ultrasoniques de fréquence comprise entre 20 et 1,000 kilocyclea par seconde, 5 8.- Appareil permettant de modifier la viscosité d'un liquide selon la re~ vendlcatlon 5 caractérisé en ce que la chambre de traitement a la forme d'un cylindre creux portant une fente suivant une de ses génératrices permettant l'éjection du liquide à viscosité réduite,. 10 9,- Appareil permettant de recouvrir un support caractérisé en ce qu'il comprendi - des moyens fournisseurs de liquide, - une chambre de traitement par ultrasons comprenant un transducteur à l'une de ses extrémités et un générateur d'énergie ultrasonique relié au transr 15 ducteur, - un dispositif permettant de fournir sous pression le liquide sortent des moyens fournisseurs de liquida «t de l'envoyer à travers le chambre da traite* ment où il est soumis à des vibrations ultrasoniques, - et des moyens dispenseteurs sous pression du liquide traité qu'ils reçoi- 20 vent à sa sortie de la chambre de traitement, 10," Appareil permettant de recouvrir un support selon la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens dispensateurs consistent en une barre creuse de .pulvérisation avec une ouverture pour pulvériser sous pression le liquide 25 traité sur la surface du support, et en ce que la chambre de traitement a une forme allongée et possède des ouvertures d'entrée et de.sortie du liquide près de ses extrémités. r* 4 — | BAD ORIGINAL •