Brevet FR2107841A1 — publié le 19720512

Une matière composite en feuille que l'on utilise communément pour fabriquer des joints, par exemple pour les culasses des moteurs à combustion interne, comporte des couches superficielles d'élastomère renforcé de fibres, collées aux deux fa-5 ces d'une âme métallique. Dans un procédé usuel de fabrication de matières de ce genre, on forme les couches séparément et on les colle ensuite à l'âme métallique en une opération séparée. On obtiendrait des avantages considérables si l'on pouvait donner la forme d'une feuille à l'élastomère usuel renforcé de 10 fibres, et le coller à une âme en bande métallique de longueur indéfinie, par un procédé continu. l'invention a pour but la réalisation d'un tel procédé continu, qui était jugé irréalisable antérieurement avec les matériaux particuliers dont il s'agit, savoir une âme métallique 15 et des couches en élastomères renforcés de fibres. Selon'l'invention, pour fabriquer une telle feuille composite en longueurs indéfinies, on donne la forme d'une feuille à une composition pâteuse vulcanisable d'élastomère renforcé de fibres, et on applique simultanément la feuille à une face de 20 l'âme métallique de longueur indéfinie, en faisant passer entre deux cylindres de calandre l'âme métallique et, sur une face de cette âme métallique, une composition pâteuse qui contient des fibres, de l'élastomère, des agents de vulcanisation, des charges et un système solvant, comprenant un solvant volatil de l'é-25 lastomère et un liquide non solvant, de manière à étaler la composition d'élastomère sur l'âme métallique, et à l'appliquer sur celle-ci pour former un revêtement, le liquide non solvant empêchant la composition d'adhérer aux cylindres. On conduit ensuite l'âme métallique revêtue à un séchoir, pour éliminer de 30 la composition le système solvant, puis on fait passer entre deux autres cylindres de calandre l'âme métallique revêtue, séchée mais non vulcanisée en même temps qu'une nouvelle quantité de composition similaire pâteuse est appliquée sur l'autre face de l'âme, de manière à étaler la composition sur cette autre 55 face et à l'appliquer sur celle-ci pour former un deuxième revêtement, on conduit l'âme métallique munie de son deuxième revêtement à un séchoir, pour éliminer du deuxième revêtement le système solvant, on fait passer l'âme munie de ses deux revêtements entre deux autres cylindres de calandre, de manière à 71 33842 2 2107841 consolider les revêtements et à renforcer leur liaison avec l'âme, puis enfin on conduit l'âme revêtue dans un four, pour vulcaniser la composition» Le solvant volatil est nécessaire dans le système solvant, 5 pour que la composition devienne plastique de façon que l'on puisse l'étaler au moyen des cylindres de calandre sur la surface de l'âme métallique, en un revêtement uniforme. De préférence, la fibre de la composition est l'amiante, le solvant volatil est un hydrocarbure liquide, par exemple le 10 toluène, et le liquide non solvant est l'eau. Quand le solvant volatil est le toluène, et que le liquide non solvant est l'eau, le rapport entre toluène et eau dans le système solvant est de préférence supérieur à 4:1, et inférieur à 10:1 en volume» L'âme métallique peut être formée de toile métallique 15 tissée ou de métal déployé, et en pareil cas la composition pâteuse se collera facilement à l'âme par contact direct, étant donné qu'une partie de la composition pénètre les interstices de la toile métallique ou du métal déployé. Des considérations similaires sont valables si l'âme métallique est une feuille per-20 forée. Mais de préférence l'âme métallique.sera une feuille unie ou gaufrée et en pareil cas, pour faciliter le collage de la composition pâteuse sur l'âme métallique, on revêt de préférence l'âme d'un adhésif, avant d'y appliquer la composition similaire à une pâte. Quand on utilise un adhésif, sa nature est impor-25 tante et, de préférence, il comprend une matière adhésive vulca-nisable en solution dans un solvant. Une fois qu'on l'aappliqué au métal, on évapore le solvant de façon qu'il reste un mince filmid'au moins 5 microns d'épaisseur d'adhésif flexible vul-canisable' à chaud, sur les deux faces de l'âme métallique. En-30 suite, quand on fait passer la composition pâteuse et l'âme entre deux cylindres de calandre, la composition entre en contact avec l'adhésif non durci. Si l'adhésif était facilement soluble dans le système solvant de la composition pâteuse, c'est-à-dire dans le mélange de liquides solvant et non solvant, le revête-35 ment de composition appliqué à l'âme métallique aurait tendance à glisser pendant le passage entre les cylindres de- calandre, parce que l'adhésif dissous aurait tendance,à jouer le rôle d'un lubrifiant. Pour éviter cela, 1'adhésif, n'est de préférence que partiellement soluble dans le système solvant de la composé- 71 33842 2107841 tion. Il s'ensuit que l'adhésif n'est pas dissous et ne joue pas le rôle de lubrifiant mais que, cependant, le solvant de la pâte fait passer -une certaine quantité d'adhésif en solution, et provoque ainsi une fusion superficielle de l'adhésif et du 5 constituant élastomère vulcanisable de la pâte. Ceci assure une liaison efficace entre les revêtements d'alastomère renforcé de fibres et.l'âme métallique, une fois que l'on a durci la composition élastomère et l'adhésif. La solubilité partielle de l'adhésif dans le système solvant^ de la composition pâteuse a pour 10 effet que l'âme métallique présente une surface collante à laquelle la composition adhérera préférentiellement. La présence d'eau ou d'un autre liquide non solvant comme deuxième constituant du système solvant empêche la composition d'adhérer aux cylindres de calandre, et permet ainsi la formation d'un revête-15 ment à surface lisse. De préférence, l'adhésif est une solution de caoutchouc de nitrile et d'une résine phénolique, qui est facilement soluble. dans un solvant polaire tel que l'acétate d'éthyle, mais n'est que: partiellement soluble dans le toluène. L'avantage 20 d'utiliser la résine phénolique est qu'elle adhère bien au métal, mais elle est fragile par elle-même. Cette fragilité est éliminée eh grande partie par le fait qu'on y mélange du caoutchouc de nitrile. Quand la composition pâteuse et le film d'adhésif séché 25 sont comprimés ensemble au passage entre les cylindres de calandre, le toluène contenu dans la composition rend collante la surface de l'adhésif. On évapore ensuite le toluène et l'eau, puis on colle la composition pâteuse vulcanisable à l'adhésif qui est lui-même lié au métal. La pression appliquée ensuite 30 aux revêtements de composition pâteuse assure qu'il existera une liaison très solide, et empêche ensuite une déstratification de la matière composite en feuille, pendant la manipulation et en service. Quand le système solvant est formé de toluène et d'eau, 35 l'adhésif est soluble dans une mesure variable dans le système solvant, selon le rapport toluène: eau dans celui-ci. On a trouvé que lorsque le rapport toluène: eau se situe entre les limites déjà indiquées, pour lequel on arrive à détacher efficacement du cylindre de calandre le revêtement de composition pâ 71 33842 4 2107841 teuse, les conditions sont satisfaisantes en ce qui concerne la solubilité de l'adhésif dans le système solvant. Quand on utilise un adhésif entre l'âme métallique et les couches de revêtement, il n'est pas nécessaire d'appliquer cet 5 adhésif aux deux faces de l'âme, avant d'appliquer le revêtement à l'une des faces, bien que ce soit commode» On peut appliquer l'adhésif à la deuxième face après que le revêtement de la première face a été séché par évaporation du système solvant» On décrira maintenant un exemple de mise en oeuvre du pro-10 cédé selon l'invention, en se référant aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une coupe de la feuille composite, et la figure 2 est une vue schématique d'un exemple de réalisation de l'appareil qui sert à la pratique du procédé. 15 Comme le montre la figure 1, la feuille composite comprend une âme métallique 1 portant sur chaque face un revêtement qui comprend un film d'adhésif 2 et une couche 3 d'élastomère vulcanisé renforcé de fibres. On fabrique la feuille composite de la façon suivante, 20 dans l'appareil illustré schématiquement par la figure 2; On prélève d'une bobine une bande de longueur indéfinie de l'âme métallique 1, qui est dans cet exemple une bande de fer blanc uni, et elle passe au-dessus d'un rouleau de guidage 4 et en dessous d'un autre rouleau de guidage 5» dans une cuve 6 qui 25 contient un bain d'adhésif liquide 7. A la suite de la cuve 6, l'âme 1 monte entre deux barres fixes de râclage 8 qui déterminent l'épaisseur du film d'adhésif appliqué aux deux faces de l'âme 1» Ensuite, l'âme 1 portant les films d'adhésif sur ses deux faces monte dans une tour chauffée 9 servant à extraire le solvant de 30 l'adhésif. L'âme 1 munie de ses films d'adhésif passe ensuite sur un rouleau de guidage 10, en haut de la tour 9, puis elle redescend et passe sur tua autre rouleau 11. A son passage à travers la tour, le solvant de l'adhésif s'évapore, et emprunte une sortie 12 de la tour pour arriver à un système de récupération de 35 solvant. Ensuite, l'âme 1 portant les films d'adhésif sur ses deux faces passe entre deux cylindres de calandre 12' qui sont entraînés positivement en rotation. Une masse 13 de composition élastomère pâteuse renforcée de fibres sous forme de granules contenant 71 33842 5 2107841 un système vulcanisant, une charge et un système solvant formé de toluène et d'eau, est maintenue à l'interstice formé entre l'un des cylindres de calandre 12'et l'âme 1» La composition pâteuse peut être déposée manuellement entre les cylindres, à 5 l'aide d'une pelle, ou bien elle peut être dosée par une trémie, mais le débit exact est sans importance, du moment qu'une certaine hauteur de composition est maintenue entre le cylindre de calandre et l'âme 1. A mesure que celle-ci passe entre les cylindres de calandre 12^ la composition 13 prend la forme d'une 10 feuille, et cette feuille se colle en même temps à une face de l'âme 1. La feuille de composition pâteuse est empêchée d'adhérer au cylindre de calandre 12'avec lequel elle entre en contact, grâce à la présence de l'eau contenue dans le système solvant. L'épaisseur de la feuille de composition pâteuse appli-15 quée à l'âme 1 est déterminée par la distance entre les cylindres 12, compte tenu de l'épaisseur de l'âme 1. Une fois sortie de l'interstice entre les cylindres de calandre 12, l'âme 1 muniede ses revêtements d'adhésif et de son revêtement de composition pâteuse sur une face arrive dans un 20 four de séchage 14, à travers lequel elle est transportée par une série de courroies sans fin 15. Ensuite l'âme 1, avec le revêtement de composition pâteuse dont le système solvant a été évaporé par le four de séchage 14, descend entre deux autres cylindres de calandre 16. L'un des cylindres de calandre entre en 25 contact avec le revêtement de composition séché sur l'une des faces de l'âme 1, et un supplément de composition 17, de nature similaire à celle- de " la composition 13, est simultanément converti en feuille et collé à l'autre face de l'âme 1. Cette âme portant ses deux revêtements de composition pâ-30 teuse passe ensuite dans tua deuxième four de séchage 18 similaire au four de séchage 14 et muni d'une série de courroies transporteuses sans fin 19» L'étape suivante du procédé consiste à faire passer l§me 1 portant ses deux revêtements de composition pâteuse tous deux 35 séchés mais non vulcanisés, entre les cylindres d'une troisième calandre 20 dont l'écartement est légèrement inférieur à l'épaisseur totale de l^ime 1 et de ses revêtements, de sorte que les deux revêtements sont comprimés,et que le collage des revêtements à l'âme 1 est renforcé. 71 33842 s 2107841 Finalement, l'âme 1 munie de ses revêtements compressées passe à travers un troisième four 2l muni d'une série de courroies transporteuses sans fin 22 et, ce four étant chauffé à une température supérieure à celle des fours de séchage 14 et 18, il 5 vulcanise la composition pâteuse en formant la matière finale composite en feuille que l'on enroule alors en bobine 23 sur un mandrin 24. Suivant un exemple de réalisation, les matières premières utilisées dans le procédé mis en oeuvre dans l'appareil décrit 10 ci-dessus sont les suivantes : Premièrement, pour préparer la composition pâteuse 13 et 17, on mélange le caoutchouc, les accélérateurs et les agents de vulcanisation dans un mélangeur Banbury, pour former un mélange à base de caoutchouc. On fait tremper ce mélange de caout— 15 chouc pendant 16 heures dans du toluène à la température ambiante, et ensuite on l'homogénéise dans un malaxeur à pales en sigma jumelées, pour obtenir une pâte de caoutchouc. On mélange alors la pâte de caoutchouc, la fibre d'amiante et la charge dans un malaxeur, pour obtenir la composition pâteuse 20 renforcée de fibres. Vers la fin de ce cycle de malaxage, on ajoute au mélange le liquide non solvant, qui est une solution aqueuse de carbonate de sodium. On extrude finalement le mélange et on le convertit en granules au moyen d'un hachoir usuel. La composition suivante est un exemple type, en parties 25 par 100 parties en poids de fibre d'amiante : Mélange de caoutchouc Caoutchouc styrène/butadiène (S.B.R. 1509) 25,000 Oxyde de zinc 1,250 Noir de carbone H.A.F. 10,000 30 Acide stéarique 0,125 Disulfure de tétraméthylthiurame 0,500 N-cyclohexyl-benzothiazole-2-sulfénamide 0,250 Soufre 0,125 Total du mélange de caoutchouc 37,250 35 Pâte de caoutchouc Mélange de caoutchouc 37,250 ïoluène 71,920 Total de la pâte de caoutchouc 109,170 71 33842 7 2107841 Composition renforcée de fibres Pâte de caoutchouc 109,170 Fibres d'amiante 100,000 Baryte 28,583 5 Carbonate de sodium • 0,833 Eau 10,000 Dans cet exemple, l'âme métallique est un fer blanc uni de 0,15 mm d'épaisseur et 45 cm de largeur. L'adhésif est un adhésif formé de caoutchouc de nitrile et de résine phénolique 10 modifiée, connu sous la désignation commerciale "National Adhésive 136-6318". On dilue l'adhésif à 1:1 avec de l'acétate d'éthyle comme solvant volatil, pour obtenir une concentration de 13% en poids de matières solides. On règle les barres de râclage de manière à obtenir un 15 film d'adhésif sec de 5 microns d'épaisseur, et l'on fait passer l'âme métallique dans l'appareil à une vitesse de 6 m/mn, qui est aussi la vitesse superficielle des cylindres de calandre, qui ont tous un diamètre de 76 cm. L'interstice entre les cylindres 12 est de 0,45 mm; l'interstice entre les cylindres 16 20 est de 0,85 mm, et celui entre les cylindres 20 de 0,76 mm. La longueur utile de chacun des fours 14, 18 et 21 est telle que le temps de séjour dans le four de l'âme revêtue soit de 3 minutes. Les fours 14 et 18 fonctionnant à une température de 110°C, et le four 21 à une température de 150°C. 25 Le rôle du four de vulcanisation 21 est de convertir la matière élastomère de la composition pâteuse, qui est à l'état plastique et coule sous pression, en une matière élastique qui résiste au fluage. C'est seulement lorsque le liant élastomère est à l'état réticulé que l'on obtient les propriétés désirées 30 de la matière terminée. 71 33842 8 2107841 EEVETOIOAIIOffS 1) Procédé de fabrication de feuilles composites de longueur indéfinie destinées à servir de matière de joint, et comportant des couch.es de revêtement superficielles d'élastomère renforcé de fibres collées aux deux faces d'une âme métallique, 5 ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on donne la forme d'une feuille à une composition pâteuse vulcanisable d'élastomère renforcé de fibres, et qu'on applique simultanément la feuille à une face de l'âme métallique de longueur indéfinie, en faisant passer entre deux cylindres de calandre l'âme métalli-10 que et, sur une face de cette âme métallique, une composition pâteuse qui contient des fibres, de l'élastomère; des agents de vulcanisation, des charges et un système solvant comprenant un solvant volatil de l'élastomère et un liquide non solvant, de manière à étaler la composition d'élastomère sur l'âme mé-15 tallique et à l'appliquer sur celle-ci pour former un revêtement, le liquide non solvant empêchant la composition d'adhérer aux cylindres, après quoi on conduit l'âme métallique revêtue à un séchoir, pour éliminer de la composition le système solvant, puisIon fait passer entre deux cylindres de calandre l'âme 20 métallique revêtue sèche mais non vulcanisée en même temps qu'une nouvelle quantité de composition similaire pâteuse est appliquée sur l'autre face de l'âme, de manière à étaler la composition sur cette autre face et à l'appliquer sur celle-ci pour former un deuxième revêtement, on conduit l'âme métallique 25 munie de son deuxième revêtement à un séchoir, pour éliminer du deuxième revêtement le système solvant, puis l'on fait passer l'âme munie de ses deux revêtements entre deux autres cylindres de calandre, de manière à consolider les revêtements et à renforcer leur liaison avec l'âme, puis ensuite on amène l'âme revê-30 tue dans un four, pour vulcaniser la composition. 2) Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que la fibre est de l'amiante» 3) Procédé selon l'une des Revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le solvant volatil est un hydrocarbure 35 liquide. 4) Procédé selon la Revendication 3, caractérisé par le fait que l'hydrocarbure est le toluène. » 71 33842 9 2107841 5) Procédé selon l'une des Revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le liquide non solvant est l'eau. 6) Procédé selon la Revendication 5, en tant qu'elle dé-« pend de la Revendication 4, caractérisé par le fait que le 5 rapport toluène: eau dans le système solvant est supérieur à 4:1, et inférieur à 10:1 en volume. 7) Procédé selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'âme métallique est -une feuille unie. 10 8) Procédé selon l'une des Revendications 1 à 6, carac térisé par le fait que l'âme métallique est une feuille perforée. 9) Procédé selon l'une des Revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'âme métallique est une feuille gaufrée. 15 10) Procédé selon l'une des Revendications 1 à 6, carac térisé par le fait que l'âme métallique est une toile métallique tissée, ou un métal déployé. 11) Procédé selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on revêt d'adhésif l'âme mé- 20 tallique, avant d'y appliquer la composition pâteuse. 12) Procédé selon la Revendication 11, caractérisé par le fait que l'adhésif est partiellement soluble dans le système solvant. 13) Procédé selon l'une des Revendications 11 et 12, ca- 25 ractérisé par le fait que l'adhésif est un mélange de caoutchouc de nitrile et d'une résine phénolique. 14) Procédé selon l'une des Revendications 11 et 12, caractérisé par le fait que l'adhésif est un film d'au moins 5 microns d'épaisseur. 30 15) Feuille composite, fabriquée par un procédé selon l'une des Revendications précédentes.