Brevet FR2137194A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne la maîtrise du givrage et pIus précisémènt des matériaux dont les surfaces présentent un faible coefficient d1adhérénce pour la glace,ot qu'on peut facilement détarrasser de celle-ci. L'invention concerne un ensemble destiné à être utilisé en cas de givrage probable, et comprenant une pellicule externe en po polymère organique souple, fixée à une base par l'intermédiaire d'un substrat souple, de manière que la pellicule puisse fléchir par rapport à la base. Le substrat souple peut être en même matière que la pellicule externe, du moment qu'est assurée la souplesse nécessaire entre la pellicule et la base. Le substrat est normalement en mousse souple, ou une matière composite comprenant une telle mousse. Des mousses souples qu'on préfère sont le caoutchouc naturel spongieux ou de la mousse de polyuréthanne. De préférence, la pellicule est une matière à faible énergie superficielle, par exemple du polyéthylène. Des ensembles gui comportent des pellicules de polyuréthanne, de polytétrafluoréthylène, de chlorure de polyvinyle et de polymère d'éthy lène rluorétsont aussi particulièrement efficaces.Comme le caoutchouc naturel a une vitesse maximale de cristallisation à des températures de l'ordre de 25 C, ce qui peut entrainer que le caoutchouc naturel spongieux perde sa souplesse, on préfère que les ensembles de l'invention comportant un tel caoutchouc spongieux comme substrat souple ou en combinaison, ne soient pas utilisés au-dessous d'environ -200C. Pour des températures plus basses, on préfère des ensembles comprenant une mousse de polyuréthanne comme substrat souple, ou en combinaison dans un tel substrat. I1 est souhaitable d'utiliser du polyuréthanhe comme pellicule lorsque l'ensemble doit avoir une certaine résistance à l'érosion par le sable et la pluie. On peut utiliser les ensembles de l'invention lorsqu'on veut que la glace n'adhère pas ou martyriser sa croissance. En particulier, on peut utiliser l'ensemble aux emplacements suivants sur lesquels une telle croissance est indésirable : les pantographes, la superstructure des navires, les voilures des aéronefs, les pales des rotors d'hélicoptère et les surfaces tournées vers l'avant de véhicules tels que les aéronefs. Dans les ensembles de l'invention, on préfère que le substrat souple soit fixé à la base susceptible de givrage au moine aux bords de la surface qu'on veut protéger. On peut fixer la pellicule sur le substrat souple soit à ses bords, à des intervalles de la surface de la base, soit sur pratiquement toute la surface de la base, Lorsqu'on doit conserver le rendement aérodynamique, par exemple sur les voilures d'aéronefs et les pales de rotor d'hélicoptère;, on ne peut tolérer que des ensembles dans lesquels le substrat et la pellicule sont fixés à la base sur pratiquement toute sa surface.Dans ces applications, on préfère que les ensembles aient une base et une mousse souple solidaires de la pellicule, par exemple une mousse de polyuréthanne délimitée par une peau solidaire, ou une matière composite dans laquelle la pellicule est en polyéthylène, en polyuréthanne ou en polytétrafluoréthylène et est fixée de façon continue sur du caoutchouc naturel spongieux ou une mousse de polyuréthanne. On constate que les ensembles de l'invention dont la pellicule externe est fixée au substrat sur ses seuls bords ou à intervalles sur cette surfacetprésentent pour la glace un coeffi cient.d'adhérence plus faible que celui des ensembles dont le substrat est associé à toute la surface de la base. Ainsi, dans les pantographes, les superstructures de navires et les faces tournées vers l'avant de véhicules, on préfère utiliser un ensemble comportant une pellicule en matière organique souple fixée à une surface d'une base par l'intermédiaire d'un substrat souple associé à la pellicule soit par les bords, soit à intervalles sur la surface. La fixation du substrat sur la base peut être soit limitée aux bords, soit à une partie ou à pratiquement la totalité de la surface de la base. De préférence, le substrat comprend une couche de mousse souple et une pellicule interne de polymère organique souple, ces deux éléments étant fixés l'un à l'autre ou non. Ainsi, dans un mode de réalisation, l'ensemble comprend une structure stratifiée comportant une pellicule interne et une pellicule externe en polymère organique souple fixées l'une à l'autre par leurs bords, et délimitant entre elles une couche de mousse souple, la structure stratifiée étant fixée au moins par ses bords à une base.De préférence, la structure stratifiée a des pellicules interne et externe en polyéthylène, en polytétrafluoréthylène ou en polyuréthanne, s'ajustant sur la base et contenant une couche de caoutchouc naturel spongieux de mousse de polyuréthanne bien ajustée. On pense que l'efficacité des ensembles de l'invention en ce qui concerne la réduction de l'adhérence de la glace,provient des fléchissements infimes de la pellicule externe, permis par la souplesse du substrat soumis aux vibrations normales, et ceci permet à l'alr de pénétrer par le bord de la glaè et de la retirer. Lorsque la pellicule externe n'est pas fixée au substrat souple sur pratiquement to'ute la surface de la base, on accroSt le fléchissement, et la tendance à l'arrachement de la glace est accrue. Cependant, il faut noter que l'invention n'est pas limitée à cette théorie. Un autre avantage obtenu par l'utilisa$$n des ensembles abaissant l'adhérence de la glace sur les surfaces métalliques, est que le substrat souple en caoutchouc naturel spongieux ou en contenant a un faible coefficient de conductibilité thermique, et en conséquence, l'eau placée à la surface n'est pas refroidie aussi rapidement que si elle reposait sur une face métallique, et en conséquence, elle se solidifie relativement moins vite que dans des conditions différentes. On constate que lorsque l'ensemble a une base plane ou peu courbée, les vibrations normales de la base provoquent des craquelures dans la glace qui stécaille. de la base. Lorsque,dautre part,celle-ci a une courbure prononcée, l'écaillage efficace de la glace peut être empêché car les forces qui le provoquent à un endroit de l'ensemble peuvent provoquer à un autre emplacement son appui sur une autre partie de l'ensemble, et ceci empêche la glace écaillée de sten aller en glissant. Néanmoins, la faible adhérence de la glace sur les ensembles de l'invention permet un dégivrage manuel très facile de la base. On constate qu'en général l'adhérence de la glace sur l'ensemble de l'invention diminue lorsque l'épaisseur du substrat augmente, si bien que, lorsqu'on veut réduire au minimum l'adhérence de la glace, on doit rendre le substrat aussi épais que possible, en tenant compte évidemment des autres considérations pratiques. Par exemple, les surfaces de la voilure d'un aéronef et les pales d'un hélicoptère assurent la poussée du fait de leurs formes particulières, et une des raisons pour lesquelles on veut empêcher que la glace ne se forme sur ces parties est qu'elles conservent leurs formes pour garder leur rendement aérodynamique. Lorsqu'on utilise un ensemble selon l'invention, par exemple une voilure d'aéronef ou une pale de rotor d'hélicoptgre, l'épaisseur totale de la pellicule externe et du substrat doit/inférieure à une certaine épaisseur si on veut conserver leur rendement aérodynamique.Par exemple, si on doit utiliser ensemble de l'invention pour réduire l'adhérence de la glace sur les pales d'un rotor, l'épaisseur totale de la pellicule et du substrat ne doit pas dépasser probablement une valeur de l'ordre de 1,5 à 2 mm. Dans un mode de réalisation préféré, la pellicule est en polyéthylène et a une épaisseur pouvant atteindre 0,25 à 0,38 mm. On constate qu'on peut obtenir des résultats acceptables avec un substrat souple d'épaisseur supérieure à environ 1 mm. La fixation de la pellicule et du substrat sur la base d'un ensemble de l'invention peut être quelconque. Par exemple, lorsqu'on fixe la pellicule et le substrat à la base seulement sur les bords de cette dernière, on peut utiliser des dispositifs de serrage convenables. Dans une variante, on peut utiliser une colle connue dans la technique pour fixer la pellicule et le substrat sur la base. Lorsque la pellicule est en polyéthylène, on constate qu'il est avantageux de traiter préalablement la surface du polyéthylène à fixer en la frottant au papier-éeri ou analogue, puis à l'acide cblorosulfonique, comme décrit dans la demande de brevet britannique ffO 23 664/70 du déposée par Les colles qui conviennent pour fixer la pellicule sur le substrat et le substrat sur la base sont des colles époxyde , des colles de butadiène/acrylonitrile/néoprène à solvant cétonique et des colles de néoprène durcies à l'aide d'un accélérateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre,d'exemples particuliers donnds à titre non limitatif. Exemple 1 On mesure quantitativement l'adhérence au cisaillement de la glace sur diverses surfaces de la manière suivante. On soute un cube de glace de 1,27 cm de côté avec un fil métallique de 7,5 cm de long comportant un crochet à l'extrémité libre. On colle la glace à la surface à essayer en plaçant l'une des faces du cube de glace sur la surface et en vérifiant que l55pace compris entre la glace et la surface est bien rempli d'eau qu'on refroidit alors à -25 C pour la congeler. On dispose ie fil métallique dans la glace de manière qu'il soit parallèle å la surface essayée.On mesure l'adhérence au cisaillement de la glace sur la surface en accrochant une balance à ressort au crochet à l'extrémité libre du fil et en tirant en direction parallèle à la surface jusqu'à rupture de la glace, et on note la charge à la rupture. On utilise une vitesse de charge d'environ 0,45 kg par seconde. Chacune des valeurs du tableau ci-dessous est la moyenne de 10 à 15 mesures séparées. Par comparaison, on note qu'un cube de 1,27 mm de glace collé sur de l'aluminium a une charge à la rupture supérieure à 4,54 kg. On essaie les divers revetements de surface collés sur une plaque de base en aluminium, et on utilise pour cela et pour coller le polyéthylènesur le substrat une colle de butadiène/acrylonitrile/ néoprène dans un solvant cétonique. La colle utilisée est la colle "Dunlop S758". TABLEAU I Epaisseur de Epaisseur Charge de polyéthylène Type du substrat rupture (mm) (mm) () 0,28 Caoutchouc nitrile plein 0,51 > 4,54 0,28 Caoutchouc désiliconè 'plein 1 ,53 > 4,54 0,28 Caoutchouc naturel spongieux 5,1 0,91 0,355 Pas de substrat, collé > 4,54 directement sur l'aluminium 0,355 Caoutchouc naturel spongieux 5,1 0,45 0,3Q5 Pas de substrat, collé > 4,54 directement sur I'aluminium 0,305 Caoutchouc naturel spongieux 1,53 0,59 0,305 Caoutchouc naturel spongieux 1,02 1,41 0,305 Caoutchouc naturel spongieux 0,89 1,50 0,215 Caoutchouc naturel spongieux 1,53 0,59 0,215 Caoutchouc naturel spongieux 1,02 1,22 0,215 Caoutchouc naturel spongieux 0,89 1,59 On note une réduction pouvant atteindre un facteur 10 de l'adhérence au cisaillement de la glace lorsqu'on utilise du polyéthylène comme pellicule externe avec un substrat souple en caoutchouc spongieux. On note aussi que le substrat le plus avantageux est le caoutchouc naturel spongieux. On peut utiliser d'autres pellicules pour remplacer le polyéthylène, notamment du polyureithanne, du chlorure de polyvinyle et un polymère d'éthylène fluoré, et on peut aussi réaliser le substrat en mousse de polyuréthanne. Exemple 2 Le tabieau II donne l'adfiérence au cisaillement à-20 C dun cube de glace de 2,54 mm de côté sur une pellicule de polyéthylène et de polytétrafluoréthylène. Dans une série d'essais A, on ajuste la pellicule sur un morceau de caoutchouc naturel spongieux à cellules ouvertes de 1,27 mm d'épaisseur. On enroule alors la pellicule autour de ltéponge sous forme d'un sac ou d'un oreiller, on scelle les bords et on colle la face inférieure du coussin sur une plaque rigide métallique de support. Au cours d'une série comparative d'essais B, on colle la pellicule sur un morceau de caoutchouc naturel spongieux à cellules ouvertes de 1,27 mm d'épaisseur, et on colle l'éponge sur une plaque métallique de support. TABLEAU II Pellicule Epaisseur (mm) Charge de rupture, kg A ~~~~~~ A B Polyéthylène 0,25 0,39 0,50 Polytétrafluoréthylène 0,25 Ainsi, l'adhérence au cisaillement de la glace est notablement réduite lorsque la pellicule n'est pas fixée sur toute sa surface au substrat souple. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVEEDICATIONS 1 - Ensable destiné à être utilisé dans des conditions où il peut se former du givre, caractérisé en ce qui comprend une pellicule externe en polymère organique souple fixée à une base par l'intermédiaire d'un substrat souple, de sorte que la pellicule est capable de fléchir par rapport à la base. 2 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule externe est en polyéthylène, en polyuréthanne, en polyt8trailuoréthylène , en chlorure de polyvinyle ou en polymère d'éthylène fluoré. 3 - Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le substrat souple est du caoutchouc naturel spongieux ou une mousse de olyurthanne. 4 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la base est une pale de rotor d'hélicoptère ou une surface portante d'aéronef, et en ce que le substrat souple est fixé à la base et la pellicule ail substrat, la fixation s'étendant sur pratiquement toute la surface de la base. 5 - Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur totale de la pellicule externe et du substrat souple ne dépasse pas 1,53 mi. 6 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la base est un pantographe, une superstructure de navire ou une surface tournée vers l'avant d'un véhicule, notamment d'un aéronef. 7 - Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pellicule externe est fixée au substrat à ses bords ou à certains intervalles à la surface de la base. 8 - Ensemble selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le substrat comprend une couche de mousse -souple et une pellicule interne de polymère organique souple; celle-ci étant placée entre la base et la couche de mousse souple. 9 - Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un stratifié constitué par une couche interne et une couche externe en polymère organique souple fixées l'une à l'autre par leurs bords, et délimitant entre elles une couche de mousse souple, l'ensemble stratifié étant fixé au moins par ses bords à une base. 10 - Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que les pellicules sont en polyéthylène, en polytétrafluoréthylène ou en polyuréthanne. il - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 8 à io; caractérisé en ce que la mousse souple est une mousse de polyuréthanne ou du caoutchouc naturel spongieux. 12 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que la pellicule externe a une épaisseur pouvant atteindre 0,38 mm. 13 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le substrat a une épaisseur supérieure à 1,02 mm environ.